「ジュール熱」の版間の差分

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[[File:Light Label Electric tabletop burner KCK-L103.jpg|thumb|電気こんろ<br />[[ニクロム線]]に通電した際に生じるジュール熱を調理に利用する]]
'''ジュール熱'''(ジュールねつ、{{lang-en-short|Joule heat}})は、[[電流]]のはたらきによって生じる[[熱]]。
 
==ジュールの法則==
[[電気抵抗]] <math>R</math> <nowiki>[</nowiki>[[オーム|&Omega;]]<nowiki>]</nowiki> の[[物体]]に、 <math>I</math> <nowiki>[</nowiki>[[アンペア|A]]<nowiki>]</nowiki> の[[電流]]を <math>t</math> [[秒]]間流したときに発生する[[熱量]]、すなわち'''ジュール熱'''の量 <math>Q</math> <nowiki>[</nowiki>[[ジュール|J]]<nowiki>]</nowiki> は、
{{Indent|<math>Q=RI^2t\,</math>}}
となる。ジュール熱の量は、抵抗 <math>R</math> と電流 <math>I</math> の二乗の積に[[比例]]する。これは[[イギリス]]の[[物理学者]]、[[ジェームズ・プレスコット・ジュール]]が[[実験]]によって[[発見]]した[[物理法則]]で、'''[[ジュールの法則]]'''(ジュールのほうそく、{{lang-en-short|Joule's law}})と呼ばれる。
 
上の式は[[オームの法則]]を用いることによって次式のように変形することができる。
 
==ジュール熱の利用==
ジュール熱の大きさは、抵抗に[[印加]]する[[電力]]によって変化させることができる。
[[制御]]が容易であるため、古くから[[暖房]][[調理器具]]などに利用されている。
 
* [[調理]]器 - [[炊飯器]]、[[焜炉#電気コンロ(電熱器)|電気こんろ]]、[[電気ポット]]、[[トースター]]
* [[暖房]]器具 - 電気[[あんか]]、電気[[こたつ]]、[[電気ストーブ]]、[[電気毛布]]
* [[乾燥機]] - [[衣類乾燥機]]、電気[[食器乾燥機]]、電気[[布団乾燥機]]、[[ヘアドライヤー]]
* その他 - [[アイロン]]、[[はんだごて]]、[[電力ヒューズ|ヒューズ]]、[[給湯器|電気温水器]]
 
== ジュール熱による損失 ==
ジュール熱を利用する電気器具があるが、一般的な電気製品ではジュール熱はあまり歓迎されない。[[電動機]]や[[発電機]]、[[変圧器]]といった、おおむね大きな電力を扱う装置やこれらを繋ぐ配線類も[[超伝導]]技術でも使わない限り[[導体]]中の抵抗によって無用なジュール熱が生じてしまう。また、[[照明器具]]を含む[[家庭用電気機械器具|家庭電気製品]][[事務]]用の電気を扱う機器類のすべてもまた、無用なジュール熱によって[[エネルギー]]を無駄に[[消費]]してしまう。こうした機器においてジュール熱は'''損失'''として見なされる。配線はできるだけ短くしながら流れる電流に応じて[[ワイヤ]]の太さを適切なものを選ぶことでジュール熱の発生は最小限に抑えることができる<ref>大電流が流れる電線では、発生した熱が過大であると被覆や導体が溶けて事故の元になる。このため、電線の仕様には[[許容電流]]が定められている。</ref>
。また、生じた熱も適切に放熱することが求められる。
 
=== ジュール損 ===
変圧器のような電気コイルを用いた電気部品では、コイルを構成する銅線にジュール熱が生じるだけでなく、[[コア]]と呼ばれる鉄芯などにもジュール熱が生じてしまい、エネルギーの損失となる。
変圧器やコア付きコイルなどでは、[[]]などをコアに用いて[[磁束]]の集中と[[部品]]サイズの縮小を図っているが、[[交流]]電流が流れることでコア内の磁束が生成消滅を繰り返し、この過程でコア内に[[渦電流]]が生じてしまう。この渦電流が流れることでジュール熱によるエネルギーの損失が生じ、この損失が「ジュール損」や「渦電流損」と呼ばれる。低[[周波数]]での交流電流ではジュール損はそれほど大きくないため、絶縁された薄い[[ケイ素鋼]][[鋼板|板]]を磁束に沿って多数積層したコアを用いることで、コア内に生じる渦電流を分断し最小化することでジュール損を少なくする手法が一般的に採用されている。高周波数の交流電流ではジュール損が顕著となるため、[[電気抵抗率|比抵抗]]が高いソフト・[[フェライト (磁性材料)|フェライト]]をコアに用いることで、コア内に渦電流が生じないようにされる事が一般的である<ref>谷腰欣司著、『フェライトの本』、日刊工業新聞社、2011年2月25日初版1刷発行、ISBN 9784526066238</ref>。
 
== 出典・脚注 ==

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