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エリフくんのなぜ?なに?どうして?第13回

エリフくんのなぜ?なに?どうして?第13回

博士~、電気と熱の関係を教えてください。

導線に電気を流すと、導線の抵抗によって熱が発生するのじゃ。これを“ジュール熱”というのじゃ。

ジュール熱?聞いたことないわね。

イギリスの物理学者“ジェームズ・プレスコット・ジュール”(1818年~1889年)が、導線に流れる電流で発生する熱量Qは電流Ⅰの強さの2乗と導線の抵抗Rと時間tに比例することを発見したのじゃ。これをジュールの法則といって、公式で表すと
Q(J)=Ⅰ2(A)×R(Ω)×t(s)なんじゃ。

名前が熱量の単位になってるんですね。

そうじゃ。家庭では、トースターやアイロン、こたつ、ドライヤーなどの電気製品はこのジュール熱を利用して熱を出しておるのじゃ。抵抗が大きいニクロム線などに電流を流すことによって熱を発生させておるのじゃよ。

そうなのね。

これは、“電流の熱作用”といって“電流の三大作用”の一つなのじゃよ。

三大作用?

あと二つあるのね?

うむ。二つ目は“電流の化学作用”といって、電流を流すことによって化学反応を起こすことができるのじゃ。電池はこの化学作用によるものじゃよ。

三つ目は何ですか?

前に話したことがあるが“電流の磁気作用”じゃ。電線に電流を流すと周辺に磁気が発生するのじゃ。

たしか、デンマークの物理学者エルステッドが発見したって聞いたような気がするわ。

よく覚えておったの。モーターなどはこの磁気作用により動くのじゃよ。

そうなんですね。

ほかに電気で温めるのに“IH”というのがあるのじゃ。

IHクッキングヒーターね。

そうじゃ。IHとは“Induction Heating”の略で誘導加熱という意味じゃ。IHは火や熱を出さないのに鍋の中のものを温められるのじゃ。

どうやって温めているんですか?

IHクッキングヒーターには、鍋を置くトッププレートの下に加熱用のコイルがあるのじゃ。このコイルに高い周波数の電流を流すと、コイルを取り巻くように磁力線が発生して、その磁力線により鍋の底にうず電流が流れるのじゃ。鉄などの金属には抵抗があるので、このうず電流によってジュール熱が発生して金属の鍋底が加熱されるのじゃ。

そうなんですね。

IHクッキングヒーターは、加熱用のコイルが加熱するのではなく、誘導加熱で鍋底だけが熱くなるのが特長じゃ。鍋底だけを直接加熱してほかのものは加熱しないので電力の使用効率が良いのじゃ。

鍋の素材によって使えないものがあるって聞いたことがあるわ。

そうじゃな。電気を通さない土鍋や陶磁器は使えないのじゃ。一般的なIHクッキングヒーターでは、電気を通す金属でも抵抗値が小さすぎるアルミや銅は熱に変わりにくいので使えないのじゃよ。

そうなのね。

ほかにも電気を使って温める電気製品を知っておるかの?

電子レンジね。

そうじゃ。電子レンジはジュール熱を使わずに食べものを温めるのじゃ。

どうやってですか?

電子レンジは摩擦熱を利用してものを直接温めておるのじゃ。

摩擦熱で温めてるの?

そうじゃ。食べものには水分が含まれておって、その水の分子に高い周波数を当てることによって水の分子が激しくぶつかり合ったり、擦れ合ったりして摩擦熱が発生して食べものが温かくなるのじゃ。

どれくらいぶつかり合ってるの?

マグネトロンという装置から2.45GHzという高い周波数のマイクロ波を当てておるのじゃ。これは1秒間に24億5000万回振動させておるということじゃ。

すごい回数ですね!

それじゃあ水分がないと温まらないの?

そのとおりじゃ。水分を全く含まないものは電子レンジでは温められないのじゃ。それと金属はマイクロ波をはね返すのでアルミホイルで包んだ食べものは温められないのじゃ。

そうだったんですね!

それとじゃ。電子レンジは食べものの内側から温めるので、膜や殻がある食べものを温めると破裂することがあるのじゃ。

破裂ですか!

うむ。殻があるものを温めると内部で発生した水蒸気がたまって破裂することがあるのじゃ。ゆで卵を電子レンジで温めると電子レンジ内で破裂しなくても、取り出した後に突然破裂することもあるので危険なのじゃ。

気をつけなくちゃね!

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