基本問題400 ジュール熱

設問(1)　ジュール熱の計算

直感的理解
ジュール熱は「電流が抵抗を通るときに失う運動エネルギーが熱に変わったもの」。電流が大きいほど、抵抗が大きいほど、時間が長いほど、発生する熱は多くなります。

設定：$R = 10\;\Omega$、$I = 3.0$ A、$t = 1.0$ 分 $= 60$ s。

立式：ジュール熱の公式より

$$Q = I^2 R t$$

数値代入：

$$Q = (3.0)^2 \times 10 \times 60 = 9.0 \times 600 = 5400 \text{ J} = 5.4 \text{ kJ}$$
答え：
$$Q = 5400 \text{ J} = 5.4 \text{ kJ}$$
補足：エネルギー保存と散逸

摩擦がある場合は力学的エネルギーの一部が熱エネルギーに変わりますが、全エネルギー（力学的+熱）は保存されます。

Point

$Q = I^2 R t = Pt$。ジュール熱の単位は [J]。1 cal = 4.2 J との換算に注意。