この計算ツールでできること
このツールは、抵抗で熱として消費される電力(電力損失)を計算します。抵抗に電流が流れると、電気エネルギーは熱に変わります。これは抵抗の定格選定や回路設計、過熱の防止を考えるうえで欠かせないポイントです。計算方法は2通り。電流と抵抗から求める方法と、電圧と抵抗から求める方法を選べます。
使い方
まず計算モードを選びます。電流と抵抗を選んだ場合は、電流をアンペア(A)、抵抗をオーム(Ω)で入力します。電圧と抵抗を選んだ場合は、抵抗両端の電圧をボルト(V)、抵抗をオームで入力します。計算結果として消費電力がワット(W)で表示され、あわせてオームの法則から導かれる電圧または電流の値も求められます。
計算式の解説
消費電力は、ジュールの法則とオームの法則(\(V = I \cdot R\))を組み合わせて導かれます。基本となる関係式は \(P = V \cdot I\) です。ここに \(V = I \cdot R\) を代入すると $$P = I^{2} \cdot R$$ I = V/R を代入すると $$P = \frac{V^{2}}{R}$$ が得られます。これら3つの式はすべて同じ物理量、すなわち素子のなかで電気エネルギーが熱に変わる速さ(単位時間あたりの発熱量)を表しています。
計算例
たとえば、10 Ω の抵抗に 2 A の電流が流れているとします。このとき $$P = I^{2} \cdot R = 2^{2} \times 10 = 4 \times 10 = 40\ \text{W}$$ となります。抵抗両端の電圧は \(V = I \cdot R = 2 \times 10 = 20\ \text{V}\) です。一方、10 Ω の抵抗に 12 V がかかっている場合は、$$P = \frac{V^{2}}{R} = \frac{12^{2}}{10} = \frac{144}{10} = 14.4\ \text{W}$$ 流れる電流は 1.2 A となります。
よくある質問
なぜ電力は電流の2乗に比例して増えるのですか? 電圧降下(\(V = I \cdot R\))も電流も、ともに電流 \(I\) に比例して大きくなります。その積である電力は、結果として \(I^{2}\) に比例するためです。
抵抗がゼロのときはどうなりますか? 電圧から求める式では R で割るため、ゼロ除算による未定義の結果を避けるために、このツールでは抵抗がゼロの場合は0を返します。実際には、理想的な短絡では電圧降下が生じません。
抵抗の定格電力(許容電力)は考慮されますか? いいえ。表示されるのは実際の消費電力です。お使いの抵抗の定格ワット数(例:1/4 W、1 W など)と比較し、計算値を上回る定格の部品を選んでください。