電気が変換できるエネルギーの種類は？それぞれの特徴も解説

• 2024.5.01 (水)
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電気はさまざまなエネルギーに変換可能で、その種類によってさまざまな電化製品が発明・開発されています。
変換できる主な種類は次の通りです。

熱エネルギー
熱エネルギーは熱が発生する際のエネルギーです。
例えば、太陽の光は暖かいですが、これは太陽から熱エネルギーが放出されているためです。
人間はこの熱を感じて暖かく感じるのです。
同様に、電気ストーブの場合、電気エネルギーが熱エネルギーに変換されて暖かくなります。
このように電気エネルギーは熱エネルギーに変換が可能で、他にもドライヤーやIHコンロ、炊飯器、ホットプレートなどがその代表例といえるでしょう。
逆に、火力発電は石油や石炭を燃やしたときに生じる熱エネルギーを、電気エネルギーに変換しています。


運動エネルギー
運動エネルギーとは、運動している物体が持っているエネルギーです。
基本的には物体を移動させたり動かしたりする際のエネルギーであり、人体も糖質などのエネルギーを使用して手足を動かす運動エネルギーに変換しています。
エネルギーの中でも基本的なものであるため、多くのエネルギー源が運動エネルギーに変換可能です。
例えば、ガソリンなどの燃料を燃やした際のエネルギーにより、自動車は走れます。
逆に、電気も運動エネルギーに変換でき、ロボットや電気自動車を動かす際などに使われます。


光エネルギー
光エネルギーはそのまま、光を発する際のエネルギーです。
先程の通り、太陽の光には熱エネルギーがありますが、それ以外に光エネルギーも放出しています。
他にも身近なところで言えば、電球を使った照明やパソコン・スマートフォンのディスプレイといったところで、光エネルギーが発生しています。
電気との相性は良く、多くの光関連の機器に利用されています。


音エネルギー
音は空気の振動によって伝わるため、その際のエネルギーが音エネルギーとなります。
例えば、電気を通じてイヤホンから音楽を流したり、エレキギターやキーボードのように演奏したりする機械が該当します。
他にも、マイクやアンプのように、入力された音声を増幅して出力する際にも音エネルギーが使われています。

電気のエネルギーの単位は「W（ワット）」が使われますが、それ以外のエネルギーの単位では「J（ジュール）」が使われます。

・ワット　：1秒間毎に発生・消費するエネルギーの大きさ
　　　　　※単位は「W」で、意味は「J/s」（ジュール／秒）

・ジュール：エネルギーそのものの大きさ
　　　　　※身近な単位で言うと熱量のカロリー「cal」と近い（1cal=4.184J）

このようにエネルギーの変換を考える際は、W・J・calなどを活用します。

1Ｗの電気から変換できるエネルギーの量
1Ｗの電気から変換できるエネルギーの量について次のエネルギーの種類ごとに紹介します。

熱
熱を考えるときには「ジュール熱」が使われます。
「ジュール熱」とは、抵抗がある導体に電流を流したときに発生する熱エネルギーのことで、単位は「J」（ジュール）です。
また、単位時間当たりのジュール熱のことを「（消費）電力」といい、単位は「W」（ワット）を用います。
ジュール熱の大きさは、抵抗に流れる電流の大きさによって制御することができるので、昔から身の回りで多く使われてきました。
炊飯器・こたつ・アイロンなど熱を利用するものは大抵ジュール熱を利用しています。
このジュール熱では、1Wの電力で電流を1秒間流すと、1Jの熱量が発生します。
例えば、1kW のヒーターを使用したとき、1時間に発生する熱量は、3600kJ (860kcal) となります。


運動
運動するエネルギーはさまざまな条件によって決まりますが、ある物体を動かしたときのエネルギーは物体の重さと移動距離などを用いて計算します。
例えば、1kgの荷物を台車に乗せて、1Nの力で100m押した場合は「1N x 100m = 1000J」となります。
このときの計算式は次のようになります。
1W (ワット) = 1J/s (ジュール毎秒)= 1N・m/s (ニュートン・メートル毎秒)
つまり、1Wは1Nの力で1m/sの速度で押し続ける、ということと同じになります。


光
光エネルギーを考える際は、Jではなく「ルーメン（Lm）」を使用します。
ルーメン（Lm）とは、明るさを表す指標で、数値が大きいほど明るくなります。
Wとの関係性については次の式の通りです。
1W＝683Lm(ルーメン）※1ｍW＝0.683Lm
一般的な照明の場合、500ルーメンから700ルーメンほどになるため、1Wで一般的な照明を利用できると考えると分かりやすいでしょう。


音
光エネルギーでルーメンを使用したように、音エネルギーでは「db（デシベル）」を使用します。
デシベルは音の大きさを示す単位であり、Wとの関係性は次の通りです。
1W＝30db（デシベル）
音は人によって感じ方は異なりますが、デシベルと音の感じ方の目安は次の表を参考にしてみてください。

このように1Wの音エネルギーはそこまで大きくありませんが、2Ｗ・3Ｗと増えるごとにその影響は大きくなることが分かるでしょう。
そのため、エネルギーの増加幅は大きいことが分かります。

ここまでの紹介の通り、電気は使用方法によって、大きく効率が異なります。
例えば、光エネルギーや音エネルギーであれば、1Ｗ単位で使用できるエネルギーは大きく効率が良いといえるでしょう。
しかし、熱や運動エネルギーは活用するためには大きなエネルギーが必要となります。
このようなことを前提として把握しておくことで、普段の電気の使い方を意識でき、節電に応用できるかもしれません。
例えば、熱エネルギーや運動エネルギーを使う電化製品を長く使用していると、多くの電気を消費することに繋がります。
つまり、これらの電化製品の使用を極力控えるようにすると、消費電力を抑え電気代が安くなりやすいです。

この記事では、電気が変換できるエネルギーの種類について解説しました。
電気エネルギーは熱・運動・光・音などのエネルギーに変換でき、そのことでさまざまな電化製品を利用できます。
しかし、1Wをそれぞれのエネルギーに変換したとき、種類によっては効率が悪く感じることがあるでしょう。
例えば、光や音エネルギーは少ないワット数で大きな成果を感じられます。
反対に熱エネルギー・運動エネルギーを使う電化製品は消費電力が大きくなりやすいことを認識しておきましょう。

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