熱力学

【熱力学】ワットとジュールの変換方法

更新日:

熱量を表す単位のワットとジュール。

熱の計算になれないうちは、この2つの単位を理解するのに苦労するのではないでしょうか?

今回は、ワットとジュールの違いや変換方法について解説してみたいと思います。

こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらもどうぞ。

1. ワットとジュールの違いとは?

ワットとジュールは同じ熱量を表す単位ですが、考え方が異なります。

1-1. ワット

ワットは1889年に採用された単位で、1ワットは毎秒1ジュールに等しいエネルギーを生じさせる仕事率と定義されています。

SI単位で表すと次のような式になります。

$$W=\frac{J}{s}=\frac{m^2・kg}{s^3}$$

ワットは熱交換器の能力やポンプの必要電力、発電機の出力など様々なところで使用されます。1秒あたりの仕事量という事で、瞬時的な能力の大きさを表す指標になります。

日々の生活では家電などにジュールよりもワットが使われることのほうが多いのは、時間の概念が入っていることで能力の大きさが表しやすいからです。

エネルギーの単位であるジュールを時間で割ったものがワットになるので、逆にワットに時間をかけるとジュールに戻すことができます。

電気使用量などはkWhなどで表されますが、kwhは1時間当たり3600秒なので次のように変換することができます。

$$kWh=kW×3600[kJ]$$

キロワット秒やキロワット時というのは日本の計量法によるもので、電力量を表すのに使用されます。電気料金の支払いなどをみるとkWhで記載されていますよね。

また、冷凍機などの冷凍能力を表す場合は「単位時間あたりに取り去れる熱量」と定義されています。暖房か冷凍かによって同じkWでも意味合いが異なります。

1-2. ジュール

ジュールは「標準重力加速度の下でおよそ102グラムの物体を1メートル持ち上げるときの仕事」と定義されています。

SI単位で表すと次のような式になります。

$$J=N×m=\frac{kg・m^2}{s^2}$$

ジュールは物体の比熱や加熱に必要な合計エネルギーなどを計算する際に使用します。以前はジュールではなくカロリー(1gの水を1℃昇温させるのに必要なエネルギーを1カロリーという)で表記されることが多かったですが、今では国際的にジュールで表すことが多いです。

ワットは単位時間当たりの能力、ジュールはエネルギー量といったイメージでしょうか?

【熱力学】ワットとカロリーの変換方法

以前にこちらの記事でワットとジュールの変換について書きました。 熱をあつかうときに厄介なのが、エネル ...

2. ワットとジュールの変換は?

ワットとジュールの変換式をまとめると次のようになります。

$$W=\frac{J}{s}=\frac{m^2・kg}{s^3}$$

$$kWh=kW×3600[kJ]$$

$$J=N×m=\frac{kg・m^2}{s^2}$$

最初は少し理解しにくいかもしれませんが慣れるしかないですね。

熱量計算を行うときはジュール、伝熱能力を表すときはワットで表すことが多いです。

3. 実際に計算してみよう

ワットとジュールの関係性を問われる問題は毎年出題されるので、エネルギー管理士試験の2015年課目Ⅰから例題を解いてみたいと思います。

問題

ある工場で節電のために14時から15時の間の平均電力を500kWに抑えることにした。このとき、14時から14時40分までの使用電力量が350kWhであったとすると、残りの14時40分から15時までの平均電力は何kWにする必要があるか?

解答1

解き方はいろいろあると思いますが、理解のためにまずはジュールに変換して考えます。

14時から15時の1時間で使用してもいい合計熱量は

$$500kW×3600sec=1800000kJ$$

14時からの14時40分までの40分で使用した350kWhをジュールに直すと

$$350kW×3600sec=1260000kJ$$

残り20分で使用できる熱量は

$$1800000kJ-1260000kJ=540000kJ$$

20分は1200秒なので

$$\frac{540000kJ}{1200sec}=450kW$$

よって平均電力は450kWになる。

解答2

こちらは過去問の回答に載っているものです。

14時から14時40分までの間に350kWh使用したので、残りの15時までの20分間では

$$500kW-350kW=150kW$$

使用可能である。

よって、20分間で150kWであるので60分に換算すると

$$150kW×\frac{60min}{20min}=450kW$$

となる。

解答2のほうがスマートですね(笑)

4. まとめ

この記事のポイント

$$W=\frac{J}{s}=\frac{m^2・kg}{s^3}$$

$$kWh=kW×3600[kJ]$$

$$J=N×m=\frac{kg・m^2}{s^2}$$

結局のところ、言いたいことは上の式だけです。

ワットとジュールの変換は最初苦労しますが、何回か練習すれば使いこなせるようになると思います。

↓ 熱に関する記事はこちらもおすすめです。

2020/5/17

【熱力学】マテリアルバランスって何?計算方法や使い方は?

タンクや釜など、ひとつの容器に複数の物体を入れるときにその容器の中が一体何℃になるのかを計算しないといけないことってありますよね? これを計算する方法の1つにマテリアルバランスやエネルギーバランスという考え方があります。 今回は、マテリアルバランス(エネルギーバランス)とは何か?どんな使い方をするのかについて解説していきたいと思います 目次1. マテリアルバランスとは?2. マテリアルバランスの使い方3. 実務でマテリアルバランスを使用する場合4. まとめ 1. マテリアルバランスとは? マテリアリアルバ ...

ReadMore

2020/5/14

【熱力学】キロ、パスカル、圧力の単位が人によって変わる理由

水や蒸気、ガスなどの流体を扱うときに 「その圧力は何キロ?」と言われることもあれば 「その圧力は何メガパスカル?」と言われることもあります。 このように、人によって圧力の単位が微妙に違うので混乱してしまうことがしばしばあります。例えば、「何キロ?」と聞かれているものが「kPa」なのか「kgf/cm2」なのかわからないというところが厄介です。 なぜ人によって圧力の単位の認識が違うのでしょうか?それはSI単位の導入時期と関係がありました。 圧力の単位 圧力を表す単位は大体次のようなものが利用されます。 Pa ...

ReadMore

2020/6/15

【熱力学】水の流量を測定する方法

工場やプラントで新しい設備の導入を検討するときや省エネの検討をするときに、今の設備がどれぐらいのユーティリティを使っているのか知りたいことってありませんか? 既に計測機器が設置されていてきっちり管理されている場合は問題ありませんが、ほとんどの場合はそれぞれの設備で流量計測が実施されていることはありません。 今回は、流量計の設置されていない設備で水の流量を計算する方法について書いてみたいと思います。 こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらもどうぞ。 チャンネル登録はこちら 目 ...

ReadMore

2020/4/27

【熱力学】ワットとカロリーの変換方法

以前にこちらの記事でワットとジュールの変換について書きました。 熱をあつかうときに厄介なのが、エネルギーを表す単位です。カロリー、ワット、ジュール、キロワット、キロカロリー・・・。これらの単位をしっかり理解できれば、エネルギーの考え方を理解できたも同然です。 今回は、ワットとカロリーの変換方法について解説したいと思います。 こちらの記事は動画でも解説しているので、動画の方がいいという方はこちらもどうぞ。 チャンネル登録はこちら 目次1. ワット2. カロリー3. ワットとカロリーの変換は?4. 実際に計算 ...

ReadMore

2020/5/13

【熱力学】エンタルピーって何?内部エネルギー、エントロピーとの違いは?

エンタルピーと聞くと何を思い浮かべますか? 物体の持つエネルギー量・・・ エントロピーとは全く別の概念・・・ 難しい数式で表されて良くわからないもの・・・ そんなイメージを持っている人も多いのではないかと思います。 確かに熱力学の教科書を読むと最初の方に何やらよくわからない数式とエンタルピーが一緒に出てきて頭が混乱してきます。でも、実際にはエンタルピーは工業系の実務で使えるとても便利な考え方なのです。 今回はそんなエンタルピーがどんな場面で利用されているのかについてイラストや動画を交えながら解説してみたい ...

ReadMore

↓ 関連書籍

お勧め専門誌

   

   

SNSアカウント

エネ管.com

更新情報が届いたりチャット機能が利用出来ます。
是非、登録をお願いします!

Youtubeチャンネル登録

Twitterでフォロー

LINEで登録



おすすめ通信講座

エネルギー管理士熱分野講座

・効率よく短期間で確実に合格したい
・スマホを使ってすき間時間に勉強したい
・独学だけでは分かりにくい

そんな方にお勧めの通信講座です。

現場技術の資格を取るなら!おすすめ通信講座

最短で資格を取得するためには、いかに効率よく学習するかが重要です。現場技術系の資格取得をサポートするおすすめの通信講座を紹介します。

シンプルで分かりやすいテキスト『SAT』

現場技術系専門の通信講座です。イラストを多用したシンプルで分かりやすいテキストと動画がセットになっています。

価格もお手頃で、特に熱力学などを学んだことのない初学者におすすめの通信講座です。

エネルギー管理士以外にも電験や衛生管理者など25の資格の通信講座を展開しています。

現場系通信講座の老舗『JTEX』

40年の実績がある現場系通信講座の老舗です。動画はなく、レポート提出形式の通信講座になります。価格もお手頃でテキストが分かりやすいと評判です。

  • この記事を書いた人
  • 最新記事

エコおじい

プラント系エンジニアです。2017年から工業技術に関する情報をまとめて発信しています。最近、Youtubeも始めました。応援していただけるという方は更新情報などを発信するので、Twitterのフォローお願いします。

おすすめ記事

1

あなたエネルギー管理士の資格を最短で取得したい。でも、熱力学や流体工学を学んだことがないので、独学だ ...

2

これからエネルギー管理士試験を受けるあなたのために、最短時間でエネルギー管理士に合格する方法を紹介し ...

-熱力学
-

Copyright© エネ管.com , 2020 All Rights Reserved Powered by AFFINGER5.