電力を消費するものから発生する熱量について

Question

1kW＝８６０ｋcal の熱量を発生するというのは、

1kWの電熱器も
1kWの白熱電球も
1kWの蛍光灯も
1kWの電動機も
同じ熱を発生しているのでしょうか？
モーターなどは、仕事をしている分を引いて計算しなければならないのでしょうか？
教えてください。

angkor_h · Accepted Answer

No.2です。

> 1kWhだとkcal/hになるのではないのでしょうか？
Wh、Cal、Jは共に熱量を絶対量で示す、同次元単位です。
時間は関係ありません。
但し、大きさが異なる、その違いだけです。

[cal/h]と表現したときの意味は、1時間当たりのcal消費量(或いは発生量)と見ることができます。
1kcal/hを2時間分であれば、2kcal、
0.5kcal/hを4時間分でも、2kcal、と同じ値になります。

これを電力に置き換えて考えると、
[J/s]=[W]は、1秒当たりのジュール熱量です。
1J/sを2時間分であれば、1Wを2時間分なので、2Wh、
0.5J/sを4時間分であれば、0.5Wを4時間分なので、これも2Wh。

電力量は、1W×3600秒(連続時間)=1Whという換算が誤解を招いている、と言えるでしょう。
ご参考まで。

isoworld · Answer

白熱電球も蛍光灯も１ｋWの一部が光のエネルギーになります。ですが、その光のエネルギーも最終的にどこかで熱になります。

電動機は１ｋWの一部が回転エネルギーになり、振動や音のエネルギーにもなります。効率の悪い分は熱になります。振動や音のエネルギーは光と同じように最終的には熱に変ります。ただ、回転エネルギーは最終的に熱にならないものがあります。それは例えば位置エネルギーで、電動機を回して重い物体を高い所に持ち上げ、そこに保持していると熱にはなりません。

もっともこの世には熱力学第二法則（エントロピー増大の法則）というのがあって、長大な時間軸で見るとすべてのエネルギーは最終的に熱になる（熱的な均衡状態になる）でしょうね。

m-jiro · Answer

まず単位に気をつけましょう。　1kwh=860Kcal です。wh(ワットアワー、電力と時間を掛けたもの)からでないとcal単位には換算できません。

>　モーターなどは、仕事をしている分を引いて計算しなければならないのでしょうか？
そのとおりです。
モーターは電気エネルギーを回転エネルギーに変えています。回転エネルギーに変わらなかったものが熱になると考えてください。回転音も出ていますから幾分かは音や振動にもなっています。
モーターの回転エネルギーへの変換効率はかなり良く、やや大型の物では70%以上です。つまり熱になるのは消費電力の30%以下ということになります。
白熱電球の光への変換効率はせいぜい5%なので消費電力の95%以上が熱になります。
電熱器は熱を出すためのものですから100%熱になると考えてよいです。赤くなるのもあるので少しは光にもなります。
もっとも物理現象としては回転エネルギーも音のエネルギーも最終的には熱になるといわれているのでそこまで考えれば消費電力は全部熱になるということになります。

電気製品の変換効率はwikiにあるので参照してください。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A8%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%82%AE%E3%83%BC%E5%8A%B9%E7%8E%87

angkor_h · Answer

1kWh=3,600kJ=860kcalですね。単位にご注意ください。
[cal]は熱量と言われますが、[熱]ではなくエネルギーの単位です。

エネルギーの形態はいくつかありますので、
モーターの場合でいえば、
入力エネルギー[kWh]若しくは[J]は、
回転運動(仕事している分)、発熱、振動音、
などのエネルギーに配分されます。

yhr2 · Answer

消費電力がすべて熱エネルギーに変わるならそうです。

光のエネルギーですから、電動機の力学的エネルギーと同様に、その分だけ差引く必要があります。電熱器は「熱を発すること」が仕事なので、消費電力がそのまま熱になると考えてよいでしょう。（ただし、すべてが目的のものを温めるのに使われるわけではなく、かなりも部分が放散されて逃げます）
ただし、光エネルギーや力学的エネルギーも、仕事をして最終的には「分子の運動エネルギー」つまり「熱」に変わることが多いので、最終的には回り回って「熱」になっているというのは、そう間違いではないでしょう。

つまり、消費電力の大きい大都会では、その分だけ発熱しているということです。

電力を消費するものから発生する熱量について

No.2です。

白熱電球も蛍光灯も１ｋWの一部が光のエネルギーになります。

まず単位に気をつけましょう。

1kWh=3,600kJ=860kcalですね。

消費電力がすべて熱エネルギーに変わるならそうです。

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