電熱線による 発熱(エネル ギーの放出) オームの法則より,電圧(V),電流(A),及び抵抗 (Ω)の間に,E=IRが成り立つ。 電圧を一定にした場合,抵抗が小さいほど,流れる 電流は大きくなる。逆に,抵抗が大きいほど,流れる 電流は小さくなる。 同じ材質でできた導線の場合,太さが同じであるな らば,長さに比例して抵抗は大きくなる。また,長さ が同じであるならば,太さが太いほど抵抗は小さくな り,細いほど抵抗は大きくなる。ここでオームの法則 を用いると,前者の場合は電流が小さくなり,後者の 場合は電流が大きくなる。 電流による発熱の効率(仕事率)を,電力 (W)と呼び,電圧(V)と電流(A)の積で求め ることができる。 電力P(W)=電圧(V)×電流(A) 1sで1Jの仕事をする場合を,1Wとする。 すなわち,1Wは,1J/sのことである。 1200wの電気器具に10秒間,電流を流した 場合に器具が行う仕事量(J)は, 1200w=1200J/sであるため, 1200J/s×10s=12000J(=12000ws) 同じ材質でできた太さの異なる2種類の電 熱線に同じ電圧をかけた場合,太い電熱 線の方が抵抗が小さく,大きな電流が流れ る。したがって,同じ時間だけ電流を流した ときの発熱量W(J)は,太い方が大きくなる。 細い電熱線 太い電熱線 物体を,ある大きさの力F(N)で,その力の向きに S(m)移動させたとき,仕事W(J)を行ったという。 仕事(J)=力の大きさF(N) ×力の向きに移動した距離S(m) たとえば,1Nの力で,その向きに1m移動させたときの 仕事は,1N・m=1Jとなる。 仕事をされた物体は,仕事をされた分だけエネルギーを 持つことになる。そして,その物体は,蓄えたエネルギーを 使って仕事を行うことができるようになる。すなわち, 仕事とエネルギーは同じ単位(J)で表現することができる。 エネルギーとは,「仕事をする能力」のことである。 地球上では,質量100gの物体に1Nの重力 が働く。これは,ニュートンの第二法則であ るF(N)=m(kg)×a(m/s2)から導かれる。 地球上の重力加速度は9.8m/s2であるため, 1kgの物体に働く重力は,9.8Nとなり,中 学校ではこれを,およそ10Nと考えさせる。 質量1kgの物体に働く重力がおよそ10Nと なるため,0.1kg(100g)の物体に働く重力 はおよそ1Nとなる。 重力に逆らって物体を持ちあげる場合 おもさmg(N)の物体を, mg(N)の力でh(m)引き上げたとき, その物体は,mgh(J)の仕事をされたことになる。このとき,物体が 受けた仕事は,位置エネルギーとして蓄えられる。 蓄えられたエネルギーは消滅する ことはない。(エネルギー保存則) この物体の支えを外し,落下させると, 地面に落ちる寸前に位置エネルギーはほぼ0 になり,運動エネルギー(1/2mv2)に変換される。 この物体は,最終的には地面上で静止するが, その際にエネルギーが消滅するの ではなく,熱や音などのエネルギーに 変換され,周囲に分散される。 h(m) mg(N) mg(N) 手回し発電機の原理 フレミングの右手の法則
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