理科の電気回路の実験の単純な疑問です。 ヒータを水につけて発熱させて水温の上がり方を比べる問題があって
理科の電気回路の実験の単純な疑問です。 ヒータを水につけて発熱させて水温の上がり方を比べる問題があって 疑問に思うことがありました。それは 2オームの抵抗のヒータと4オームの抵抗のヒータのを比べると 抵抗が小さい2オームの方が発熱が高くなるのはなぜでしょうか 解説読んだら電流は、2オームの方がたくさん流れるので W=V×Iなので抵抗の小さい方が発熱が高い(水温が高くなる)という 説明でふむふむとその場では納得できたのですが けど普通に考えて抵抗の大きい方が熱を発生させやすいと思っていて 抵抗の大きい方が水温は高くなると思っているのですが、、、 私の考えはまちがっていますでしょうか 解説読んで理屈ではわかるのですが、疑問に感じます。 抵抗値大きい方が熱をもつような気がして。 すみませんが私の勘違いを正していただけますでしょうか 宜しくお願いいたします。
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ベストアンサー
今回の質問内容で、電圧を100vとすると、 ●2Ωの場合 電流=100v/2Ω=50A 消費電力=100v×50A=5000w ●4Ωの場合 電流=100v/4Ω=25A 消費電力=100v×25A=2500w となり、電圧一定では、より電流の値が大きい前者の方が後者よりも2倍の消費電力〔発熱量〕であることがわかります。 抵抗は、単純に大きくなるほど電流が減り、小さくなるほど電流が増える、それだけの作用と考えた方がいいです。照明や家電では抵抗は大きい方が電流が少なくなり、消費電力は小さく省エネです。つまり、電流が少ない方がいいです。 同じ動作で、電流が増えるということは無駄なエネルギー〔熱〕を発生させていることになります。 逆に高温の熱を発生させる必要があるヒーターやドライヤーは、抵抗を小さくし、電流をたくさん流して発熱量を大きくする必要があります。 一般機器では発熱は不要、ヒーターなどでは発熱が必要の逆の関係性にあります。 「抵抗の大きさが発熱量に影響する」ではなく、「電流の大きさが発熱量に影響する」と認識された方がいいですよ。 また、電線などで接続が悪く、抵抗が大きくなり、熱を持つのはこれとは別です。あれは、機器とその部分が直列になっていて、その部分の電圧が変化することが大きく関係しています。 100vで、20Ωの機器と5Ωの負荷がつながっていた場合、 ●20Ωの機器 電圧=100v/25×20=80v 電流=80v/20=4A 消費電力=4A×80v=320w ●5Ωの負荷 電圧=100v/25×5=20v 電流=20v/5=4A 消費電力=4A×20v=80w 100vで、20Ωの機器と30Ωの負荷がつながっていた場合、 ●20Ωの機器 電圧=100v/50×20=40v 電流=40v/20=2A 消費電力=2A×20v=80w ●30Ωの負荷 電圧=100v/50×30=60v 電流=60v/30=2A 消費電力=2A×60v=120w と言った具合に接続点の抵抗が大きくなるとそこにかかる電圧が大きくなるため、結果消費電力は大きくなり、発熱量が増えます。ただ抵抗にかかる電圧は最大100vのため、一定の抵抗値を超えると消費電力は小さくなっていくため、こちらも比例しているわけではありません。
質問者からのお礼コメント
ご丁寧な解説ありがとうございました。
お礼日時:1/23 1:01