仕事とエネルギー

仕事と仕事率

2[N]の力で5[m]移動した場合の仕事は10[J]だ。
しかしこの10[J]の仕事を1秒で済ませた場合と、10秒要した場合とでは、仕事の能率が異なることに注意したい。

5[m]移動する場合でも、テキパキ1秒で移動させる場合と、ダラダラ10秒かかる場合では、結果が同じ10[J]でも、同一にみなすことはできない。

仕事の能率を仕事率という。
仕事率は単位時間あたりの仕事で表現する。
仕事を時間で割るのであるから単位は[J/s]だが、特別に[W]をあてている。

ワットは電気製品の能力を示す指標として日常生活でも馴染み深い。
電気に仕事をやらせた場合、１秒あたりどの程度こなせるかをワットで示しているのだ。

100Wの電球は、60Wの電球よりも明るい。
単位時間により多くの仕事をこなしているからだ。

ワットを電気の単位だと思っている人がときどきいる。
ワットは仕事率なので、電気以外の仕事でも使用していいのだ。

「Wh(ワット・時)」という単位もある。
これは「1[W]の仕事率で1時間連続した場合の仕事」を意味し、「Wh=3600J」の関係がある。
だから、「Wh」はジュールと同次元の物理量、つまり仕事なのだ。

単位の関係をまとめておこう。
最近あまり使わなくなったが「cal(カロリー)」も加えておく。

物理量	単位		定義・意味・換算
	記号	読み方
仕事	J	ジュール	1[J]=1[N]×1[m] 1[N]の力で1[m]移動した場合の仕事が1[J]
	Wh	ワット時	1[Wh]=3600[J] 1[W]の仕事率で1時間連続した場合の仕事が1[Wh]
	cal	カロリー	1[cal]=4.19[J] 水1[g]の温度を1[K](1℃)上昇させる熱量が1[cal]
仕事率	W	ワット	1[W] = 1[J]/1 [s] 1 [s]あたり1[W]の仕事をこなすときの仕事率が1[W]

電力会社からの請求書を見ると、「ご使用量」として「328kWh」等の記載がある。
電気に仕事をさせた分に応じて、電力会社は金額を請求してくるのだ。
決して「20万クーロンの電荷を提供したので、○○円です」とはならない。

電気を使用した場合の効果の度合いも、仕事や仕事率で表現することができるのだ。
力とそれによる移動距離の積であるが、その意味するものの奥行きは深い。

2005/08/27

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