中2理科の「電力と電力量・熱量」の求め方などまとめ・練習問題

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電力と電力量の練習問題です。学習のポイントは、公式を使いこなせてはじめて勉強が簡潔します。また、時間や上昇した温度から熱量を求める計算問題がよく出題されます。電子の性質もおさえておく必要があります。また電流の向きと電子の流れの向きの違いにも要注意です。計算問題にもチャレンジしましょう。

電力

電流のはたらきは、ワットで(W)で表す。電力は[W]ワットという単位で表され、電力が大きければ大きいほど、電気器具に流れる電流が大きくなり、それだけはたらきができるようになります。200Wの電球と400Wの電球では、400Wの電球の方が電力が大きいです。したがって400Wの電球に大きな電流が流れ、明るく光ることがわかります。

  • 電力(記号P)…電気器具の能力の大きさを表す量で電流と電圧の積で表せる。単位はW(ワット)。1Vの電圧で1Aの電流が流れる時の電力が1W
  • 電力と電球の明るさ…60w用の電球と100V用の電球では、100V用電球の方が明るい。

電力量

ある時間内に消費する電気エネルギーの大きさを表す量で、電力と時間の積で表される。単位はJ(ジュール)。1Wの電力を1時間消費は、1Wh1(ワット時)。電力Wが1秒あたりに使用した電気の量なので、それに使用した時間をかけることによって求めることができます。

発熱量

電熱線の発熱量を決めるのは、電流・電圧・時間の3つ。熱量は、電熱線から発生した熱の量や、一定量の水の温度上昇で表されます。熱量は、電流を流した時間と電力の大きさに比例します。熱量の単位には[J]ジュールや[cal]カロリーがあります。[J]ジュールは電力量で登場した[J]と同じです。

  • 電流の発熱作用…電熱線(ニクロム線)に電流を流すと熱が発生する。
  • ジュールの法則…電流に発熱量は電流、電圧、時間のそれぞれに比例する。発熱量(記号Q)の大きさは、電流、電圧、時間の積で表される。単位はJ(ジュール)。<1Vの電圧で1Aの電流が流れた時、1秒間に発生する熱量が1J>
  • 熱量[J]=電力[W]×使用した秒[s]
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熱量と温度

1gの水を1℃上昇させるのに必要な熱量は4.2J。熱量の単位として、cal(カロリー)を使われる。

  • (水が得た)熱量[J]=水の質量[g]×上昇温度[℃]×4.2

静電気

2種類の物体をこすり合わせると、ことなる電気を生じる。

  • 静電気…摩擦によって生じる電気。
  • 静電気による力…2種類の物体を摩擦すると、一方は、+(プラス)の電気を、他方は-(マイナス)の電気を帯びる。同種の電気にはしりぞけ合う力が、異種の電気に引き合う力がはたらく。
  • 雷…雲に溜まった静電気が放電する現象。

引きつけ合うとしりぞけ合う力

摩擦したものどうしは、プラスとマイナスの異なる種類の電気を帯びます。異なる種類の電気を帯びると、物質どうしの間に「引き合う力」が発生します。下敷きを髪の毛にこすり付け、ゆっくり離すと、髪が下敷きにくっつくのはこのためです。帯びる電気の種類によって、引きあったり、しりぞけ合ったりします。

  • プラス(+)とプラス(+)→しりぞけ合う
  • プラス(+)とマイナス(ー)→引き合う
  • マイナス(ー)とマイナス(ー)→しりぞけ合う

放電

摩擦によって静電気が生じると、一方の物質にマイナスの電気を帯びた粒子「電子」がたまります。たまっていた電子が一気に指に向かって流れ込んできます。この現象を「放電」といいます。つまり、電流の正体は電子の流れだということがこれで分かるのです。

電子

電流の正体は、電子の流れ。

  • 真空放電…圧力を低くした空間に電流が流れる現象。蛍光灯やトンネルのナトリウムランプに使われる。
  • 陰極線(電子線)…放電館内を-極側から+極側に飛んでいる粒子の流れ。この粒子を電子という。

電子の性質

  • 直進する
  • 質量をもつ
  • -の電気をもつ
  • 電子の流れの向き

回路のスイッチを入れると、電流の向きは+(プラス)から-(マイナス)だが、-の電気をもつ電子は、-極側から+極側に移動する。つまり、電子の流れは、電流と逆向きである。

練習問題1

次の問いに答えよ。

  1. 電熱線に6Vの電圧をかけたら0.6A の電流が流れた。このときの電力を求めよ。
  2. 100Vの電圧で使ったときに消費電力が800Wになる電熱線がある。100Vの電圧をかけたときに流れる電流は何Aか。
  3. 抵抗が10Ωの電熱線に5Vの電圧をかけた。このときの消費電力を求めよ。
  4. 6Vで使うと消費電力が9Wになるヒーターの抵抗値を求めよ。
  5. 1Jは約何calか。
  6. 6V-18Wのヒーターを6Vの電源につなぎ1分間電流を流した。このとき発生する熱量は何Jか。
  7. 抵抗が20Ωの電熱線に10Vの電圧をかけて5分間電流を流すと何Jの熱量が発生するか。
  8. 電気器具などの能力の大小を表す量を何というか。
  9. 電力を求める式を、電流と電圧を使って書け。
  10. どのくらいの電力を、どのくらいの時間使ったかを表す量を何というか。
  11. 電力量の単位をアルファベットで書け。
  12. 電力量を求める式を、電力と時間を使って書け。
  13. 電流による発熱量は、電力が大きいほどどうなるか。
  14. 熱量の単位をカタカナで何というか。
  15. 発熱量を求める式を、電力と時間を使って書け。

練習問題1 解答

  1. 3.6W
  2. 8A
  3. 2.5W
  4. 約0.24cal
  5. 1080J
  6. 1500J
  7. 電力(消費電力)
  8. 電力=電流×電圧
  9. 電力量
  10. Wh
  11. 電力量=電力×時間
  12. 大きい
  13. ジュール
  14. 発熱量=電力×時間(秒)

電力の計算問題

  1. 20Vの電圧をかけると5Aの電流が流れた。このときの電力は何Wか。
  2. 100Vで使用すると500Wの電力になる電気器具には、何Aの電流が流れるか。
  3. 100Vで使用すると500Wの電力になる電気器具の抵抗は何Ωか。
  4. 電圧を2倍にすると、電力は何倍になるか。

電力の計算問題 解答

  1. 100W(20V×5A=100W)
  2. 5A(500W÷100V=5A)
  3. 20Ω(500W÷100V=5A 100V÷5A=20Ω)
  4. 4倍(電圧を2倍にすると、電流も2倍になります。したがって、電圧と電流の積で求められる電力は4倍になります。)

電力量の計算問題

  1. 100Wの電球を5時間点灯させたときの電力量は何Whか。
  2. 600Wの電気器具を20時間使用したときの電力量は何kWhか。
  3. 100Wの電熱線を2分使用したときの電力量は何Jか。
  4. 100Vの電圧をかけると、2Aの電流が流れる電球を10分使用したときの電力量は何Jか。

電力量の計算問題 解答

  1. 500Wh(100W×5h=500Wh)
  2. 12kWh(600W×20h=12000Wh=12kWh)
  3. 12000J(100W×120秒=12000J)
  4. 120000J(100V×2A=200W → 200W×600秒=120000J)

熱量の計算問題

  1. 100Wの電熱線を1分間使用したときの熱量は何Jか。
  2. 水100gを3℃上昇させるのに必要な熱量は何Jか。

熱量の計算問題 解答

  1. 6000J(100W×60秒=6000J)
  2. 1260J(100g×3℃×4.2=1260J)

静電気 練習問題

次の問いに答えなさい。

  1. 摩擦によって生じる電気を何というか。
  2. 電流が流れにくい物質を摩擦した場合、摩擦したものどうしは同じ種類の電気を帯びるか。それとも、異なる種類の電気を帯びるか。
  3. 2の場合、物質どうししりぞけ合うか、引き合うか。
  4. 摩擦することに移動するマイナスの電気を帯びた粒子を何というか。
  5. 摩擦によってたまった粒子が一気に流れる現象を何というか。

静電気 解答

  1. 静電気
  2. 異なる種類の電気を帯びる
  3. 引き合う
  4. 電子
  5. 放電
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