科学大好き!アイラブサイエンス!このブログでは、最新科学の?をなるべくわかりやすくコメントします。
エネルギーの意味には2つの意味があった。「エネルギー資源」と「仕事をするちからのこと」であった。私たちは石油や原子力などの「エネルギー資源」を使いやすい「電気エネルギー」などに変えて利用してきた。

エネルギーを生み出すための資源は、原油、液化天然ガス、石炭などの化石資源や、原子力発電の燃料としてのウランなどで、日本で供給されるエネルギーの約96%を海外から輸入している。

こうしたエネルギー資源を「一次エネルギー」ともいう。一次エネルギーは石油事業者や電力・ガス事業者などによりガソリンや灯油、電気、都市ガス等といった使い勝手の良いものに変えられる。これを「二次エネルギー」という。私たちはこの「ニ次エネルギー」を直接利用している。

 

さまざまな「エネルギー」があるが、「エネルギー」の単位は何だろう?「エネルギー」が変わると単位も変わるのだろうか?

今日はエネルギーの単位について調べる。(参考HP Wikipedia・資源エネルギー庁)
 

エネルギーの単位は何か?


国際単位系におけるエネルギーの単位はジュール(J)である。

これは光エネルギーや熱エネルギー、電気エネルギー、どの場合にも使う。しかし分野によっては他の単位が用いられることもある。例えば、栄養学や食品の世界ではカロリー(cal)が用いられる。他にもキロワット時(kWh)、電子ボルト(eV)、エルグ(erg)、英熱量(Btu) などがある。

1ジュール:1 J = 1 N・m = 1 W・s
1カロリー:1 cal = 約 4.2J(4.1858 J)
1キロカロリー:1 kcal = 1,000 cal
1キロワット時:1 kWh(kW・h) = 860.0 kcal = 3600000J(3.6 MJ[メガジュール]) 
という関係がある。

ジュール(J)とは何か?


1Wの電力で1秒間流すときの発熱量(エネルギー)である。
1J = 1 W · 1 s = 1 ワット秒
ジュール(joule, 記号:J)は、SIにおけるエネルギー、仕事、熱量、電力量の単位である。その名前はジェームズ・プレスコット・ジュールに因む。

1ジュールは以下のように定義できる。
1 ジュール = 1 W · 1 s = 1 ワット秒
1 ジュール = 1 N · 1 m
= 1 ニュートン・メートル = 1 kg · m2 · s-2
1 ジュール = 1 C · 1 V = 1 クーロン・ボルト

1ジュールは、1ワットの仕事率を1秒間行ったときの仕事である。これ以外に定義がある。
SIや日本の計量単位令では、2つ目の定義として、「1ニュートンの力が力の方向に物体を1メートル動かすときの仕事」と定義している。

1ジュールは、地球上でおよそ102グラム(小さなリンゴくらいの重さ)の物体を1メートル持ち上げる時の仕事に相当する

1ジュールは1ニュートンの力がその方向に物体を1メートル動かすときの仕事であるので、ジュールは「ニュートンメートル」(N·m)と書き表すこともできる。

しかし、同じ単位が力のモーメント(これはエネルギーではない)にも用いられており、仕事やエネルギーの単位として「ニュートンメートル」を使用すると混乱を招く虞がある。

1ジュールは、1ボルトの電位差の中で1クーロンの電荷を動かすのに必要な仕事とも定義できる。これが3つ目に掲げた定義である。

電力関係では、ワット秒の3 600 000 (= 60×60×1000)倍のキロワット時がよく用いられる。日本の計量法ではジュールとともにワット秒、ワット時の使用が認められている。

カロリー(cal)とは何か?


カロリーの元々の定義は、「1グラムの水の温度を1℃上げるのに必要な熱量」である。水の比熱はその温度によって異なるため、何度の水によって定義するかによって各種の「カロリー」が生まれることになるが、おおむね1カロリー≒4.2ジュール、1ジュール≒0.238 9カロリーである。

キロワット時(kWh)とは何か?


キロワット時(キロワットじ、記号:kWh)は、エネルギー、仕事、熱量、電力量の単位である。キロワット時(kWh)=電力(kW)×時間(h)

キロワット時は、仕事率、電力の単位であるキロワット(kW)と、時間の単位である時(h)から組み立てた単位である。すなわち、1時間あたり1キロワットの仕事率の仕事、または1キロワットの電力を1時間発電・消費したときの電力量ということになる。

ワットがエネルギーの単位であるジュールを秒で除したものであるので(ワット=ジュール毎秒)、それに時間をかければ再びエネルギーの単位となる。1時間=3600秒なので、キロワット時は3600×1000ジュール=3.6メガジュール(メガワット秒)となる。
 

やさしい計量単位の話
松山 裕
省エネルギーセンター

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