ジュール熱の公式と計算がイラストですぐにわかる!

物理 2016.6.3
ジュール熱の公式と計算がイラストですぐにわかる!

今回はジュール熱の説明と、ジュール熱の公式(ジュールの法則)・計算を扱います。

ジュール熱は私たちの身近なモノにも使われているので、ジュール熱がどんなものかについてはイメージがわきやすくなっています。

ジュール熱の公式(ジュールの法則)と計算については、皆さんにわかりやすく解説するために、スマホでも見やすいイラストで解説していきます。

この記事を読み終えた頃にはジュール熱についての理解と、ジュール熱の公式(ジュールの法則)・計算はもうマスターできているでしょう。ぜひ最後までお読みください!

 

    1:ジュール熱とは?

    ジュール熱とは、導体に電流を流すと発生する熱のことです。単位は[J](ジュール)です。

    ※導体=電流をよく通す物体のことです。電流をあまり通さない物体は不導体といいます。

    ジュール熱は私たちの身の回りにも多くあります。

    【 ジュール熱の身近な例 】

    電球・電気ストーブ・電気毛布・電気アイロンなど

    これらのモノは電流を流すと熱くなりますよね?熱くなる原因はジュール熱という熱が発生しているからなのです。

     

      2:ジュール熱の発生原因

      なぜジュール熱は発生するのでしょうか?ここでは、イラストと共に解説していきます。

      導体の両端に電圧を加えて、その内部に電場を作ると、導体内の自由電子は電場から力を受けて加速します。

      その加速した自由電子は、導体内の陽イオンと衝突して陽イオンを激しく振動させます。

      ジュール熱発生原因

      この振動によってジュール熱は発生します。

       

      3:ジュール熱の公式(ジュールの法則)

      ここでは、ジュール熱の公式をイラストと共に紹介します。ジュール熱の公式はジュールの法則と呼ばれています。

      以下の図のように、導体を電圧V[V]の電源につなぎ、I[A]の電流をt[s]流したとします。

      ジュール熱公式画像

      この時のジュール熱Q[J]はVItと表されます。これがジュール熱の公式(ジュールの法則)です。

      ここで、オームの法則より、V=RIでした。

      ※オームの法則については、オームの法則公式・すぐに覚えられる覚え方をご覧ください。

      これをジュール熱の公式Q=VItに代入すると、新たに2つの公式を導くことができます。以下がまとめです。

      ジュール熱の公式(ジュールの法則)

      Q = VIt = I2Rt = ジュール熱公式数字t

      (Q[J]:ジュール熱、V[V]:電圧、I[A]:電流、R[Ω]:抵抗)

       

        4:ジュール熱の計算

        ここで、今回学習したジュール熱のおさらいといとして、計算問題を1つ解いてみましょう!

        【ジュール熱の計算問題】
        導体に抵抗20[Ω]の電熱線がつないである。この導体に3[A]の電流を2分間流した。この時発生するジュール熱Qは何[J]か。

        (解答&解説)

        ジュール熱の公式(ジュールの法則)を使います。抵抗と電流がわかっているので、R, I, tから求める式を使いましょう。

        Q=I2Rtです。2分=120秒です。よって、求めるQは

        32・20・120=21600[J]・・・(答)

        となります。

         

          ジュール熱のまとめ

          いかがでしたか?

          ジュール熱の公式(ジュールの法則)は何度も見直して確実に覚えてくださいね!

          記事の内容でわからないところ、質問などあればこちらからお気軽にご質問ください。

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          この記事の執筆者

          ニックネーム:やっすん

          早稲田大学商学部4年
          得意科目:数学