プラント業界専門の転職サイト

・プラント業界でのスキルを活かしたい
・プラント業界で働いてみたい
・効率よく転職活動がしたい

そんな方にお勧めの転職サービスです。

プラント特区はコチラ

熱力学

【単位】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。

Sponsored Link

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?

【単位】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。

Sponsored Link

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。

【伝熱】保温の厚みと放熱の関係、最適な保温の厚みは何mm!?

高温の流体を扱う場合、火傷防止や放熱ロスを削減するため保温は必須です。 しかし、いざ保温について検討 ...

続きを見る

【熱利用設備】熱交換器の伝熱面積計算方法

プラントや工場などで廃棄されている熱を熱交換器で回収したいときその熱交換器がどの程度のサイズになるの ...

続きを見る

【伝熱】対数平均温度差LMTDの使い方と計算方法

プラントや工場では、発生する熱エネルギーを無駄にしないために様々な工夫がされています。 その1つに熱 ...

続きを見る

【伝熱】放熱量を簡単に計算する方法。保温の効果はどれくらい?

配管や熱交換器に保温をすべきか検討するのに、現在の放熱量を簡単に計算したいときってありませんか? イ ...

続きを見る

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。



SNSアカウント

エネ管.com

過去問で実際に出題された暗記問題を定期的につぶやきます。
すき間時間での復習に役立ちます。

ブログの更新情報や最新ニュースをお届けします。

プラント業界専門の転職サイト

・プラント業界でのスキルを活かしたい
・プラント業界で働いてみたい
・効率よく転職活動がしたい

そんな方にお勧めの転職サービスです。

プラント特区はコチラ

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。

SAT『エネルギー管理士講座 熱分野』

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

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 ...

3

エネルギー管理士の資格を取ろうとしていたり、すでに資格を持っている方にとって、エネルギー管理士の資格 ...

-熱力学
-

Copyright© エネ管.com , 2019 All Rights Reserved.