よく効率が良い、悪い、などといいますね。もちろん良いほうがいいに決まっています。
電気もエネルギーですから、同じ結果なら、少ないエネルギーで動作できれば、費用も少なくてすみますね。では、効率の良い電子回路とはどのようなものでしょうか。
今回は、電子回路の消費電力と効率の原点を探って見ることにしましょう。 |
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| 電気エネルギーを表す電力とは？ |
エネルギーには、熱や光のほか、電気エネルギー、位置エネルギー、運動エネルギー
など、多くの種類がありますね。これらは状態が違うだけでどれも何らかの仕事をします。 |
| そして、いろいろ状態をかえ、最後にたどり着くのが「熱」といわれています。 |
| この電気エネルギーと熱量の関係を示したのが「ジュールの法則」です。 |
| 右図のように、１Ωの抵抗に１Ａ流れているとき（つまり電圧は１Ｖ） |
１秒間あたりの消費電力(消費エネルギー)を、「Ｐ」。
発生する総熱量を 「Ｑ」 と定義しました。単位はそれぞれ
「ジュール(Ｊ)」、「ワット(Ｗ)」です。 |
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Ｐは１秒あたりの電力、Ｑは総熱量ですから、
電流の流れている時間をｔ秒とすると、 |
| Ｑ＝Ｐ・ｔ [Ｊ] Ｐ＝Ｑ/ｔ [Ｗ] ですね。 |
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ところで、熱量の単位に「カロリー(cal)」というのもあります。１カロリーとは簡単に言ってしまえば、１ｇの水の温度を1℃上げる熱量ですね。
１cal＝４.１８６０５Ｊ（ジュール）と換算できます。つまり、１Ωの抵抗に１Ａの電流を約４.２秒間流せば、１ｇの水の温度を１℃上げられる熱量になりますね。 |
| さて、１Ｗの定義は１Ωの抵抗に、１Ａの電流、１秒あたり、ということはわかりました。では、２Ａなら２(ワット)Ｗでよいでしょうか？ |
残念ながら、４Ｗになります。
つまり、単位時間あたりに発生する熱量は４倍になってしまいます。 |
| そして、１Ω３Ａなら９Ｗ(熱量９倍）です。これを式で表現すると、 |
| P = I 2 ・ R [ W ] 電力(熱量)は電流の２乗に比例する。 |
というのが、「ジュールの法則」です。
なぜそうなるのか？ これを詳しくみてみましょう。 |
