電気回路の話

単位の話1(個人的に一番重要な単位と思っているもの)

世の中には色々な単位があり、電気系エンジニアに限らず「単位」って身近にあります。「メートル」や「キログラム」は勿論のこと「円」や「ダース」など本当に色々な単位があります(そういえば昔に見た深夜番組で新しい単位を作るってものがあったのを思い出した)。

なじみ深いのはアノ御三家ですが・・・

小学生から学ぶ電気単位御三家(勝手に命名しました)は

  • 電圧(V)
  • 電流(A)
  • 抵抗(Ω)

になります。子供の頃はNHK教育TVで、乾電池に豆球を接続して光らせるのを見て育ちました(今でも同じことをやっているのかな?何よりも豆球ってまだあるのだろうか?)。

重要なのは間違い無いのですが、私アイエルはもっと重要な単位があると思っています。

もっと重要な単位(個人の感想です・・・)

個人的にはエネルギーの単位がそれより重要だと考えます。

エネルギーって意外と曖昧な感じがしますが、Wikiによると

仕事をすることのできる能力のことを指す。物体や系が持っている仕事をする能力の総称。

Wikipediaより

とあり、「仕事」は「重さ×距離」等ありますが、ここでは状態を変える(音を出す、光を出す、温度を上げる等)で捉えて頂ければと思います。

エネルギーは色々なものがあり、様々な状態に変化させることができます。

有名なものでは「位置エネルギー」と「運動エネルギー」を入れ替えていく振り子があります。(平井堅が歌うような大きな古時計の振り子って今でもあるのやろか?)

では、エネルギーの単位は?

知っている人も多いとは思いますが、エネルギーの単位は「J(ジュール)」です。

たまに「W(ワット)」と間違える人もいますが、厳密にはジュールが正しいです。

ジュールの日本語は「電力量」と訳されます。ワットは「電力」と訳されます。

ちなみに食品の「カロリー」の単位を見かけると思いますが、このカロリーの単位もジュールに変換することができます。

では、この2つの違いは?

「 ワット」と「ジュール」 の違いについてですが、この2つの単位の式は以下のように表されます。

電力量(J)=電力(W)×秒(s)

何故「ワット」と混同するのかと言えば、式の通り1秒間のエネルギーと考える場合に限って「ワット」と「ジュール」が同じになるからです。

アイエルもあてはまりますが、結構混同して使います。総エネルギーで考えることはあまりなく、「ワット」基準で計算する場合がほとんどだからです(稀にバリスタとかで必要になる場合もありますが)。

エネルギーを使うものを設計する場合、ワットで計算します。継続して機器をす要する場合、時間に応じてエネルギー量が増えるからです。

逆にエネルギーを供給する物(発電所)を設計する場合、トータルで供給するエネルギー量を決める必要があるのでジュールを計算する必要があります。

電験等出てくる試験問題では火力発電所から1年間に供給するエネルギーを確保するために、1年間に必要な燃料を計算するものがありました。

ちなみに発電所等でのエネルギーは「ワットアワー(W・h)」を用いることもあります。

この単位は1時間の電力量を指します。1時間は3600秒でワットは1秒当たりの電力量ですので、

1(W・h)=3600(J)

になります。どちらもエネルギーを表す単位なのでセットで覚えていただければと思います。

ニュアンスとしてエネルギーっぽく使われる単位

電気でのワットの式は、以下のように表されます。

電力(W)=電圧(V)×電流(A)

製品を動作させる場合、電圧は固定されている場合が多く電流が変動して動作する場合がほとんどです。

ノートPCに電源を供給するACアダプターは固定された出力電圧と変化できる最大電流が記載されています。

これを電力量(ジュール)に置き換えると

電力量(J)= 電力(W)×秒(s)=電圧(V)×電流(A)×秒(s)

になります。

供給される電圧は基本的に固定です。製品の電力は主に電流に依存します。1秒間に限っては1J=1Wとして置き換えができるので、電流の大きさがエネルギーという人もいます。

実際に省エネはできるだけ電気(電力量)を使わないことを指しますので、電流が小さいと電力量も小さくなります。

人によってはエネルギーを電流として話してくる人もいますので、概念として「J」、「W」及び「A」もエネルギーとして考えておいた方が良いです(勿論厳密には違いますが・・・)

小型軽量化には電流が小さいほど有利になりますので、ICを始めとする電子部品の小型化が求められています。

最後に・・・

電気系エンジニアとしては、電圧、電流及び抵抗が重要なのは間違いありません。しかし、世の中のものはエネルギーを変換(先程の振り子の話等)して動作させています。PCやゲーム機は電気を使って画面表示や音を出したりしますし、ガソリン車や飛行機などはガソリン燃料を使って移動させています。電気の分野で色々な製品があり用途に応じて色々選択する必要があります。

なのでアイエルは一番重要な単位は?聞かれたら電力量(J)と答えたいと思っています。(急に出されると電圧と答えてしまいそうににります(汗))

馴染み深さでは断然「電圧」「電流」「抵抗」なんやけどねぇ・・・