中2理科|電力量の単位換算 J・Wh・kWh|分を秒・時間に直す計算【定期テスト対策】 京の算数学#1593

京の算数学問題#1593

消費電力600Wで一定の電気器具を5分間使う。消費電力量をJ、Wh、kWhでそれぞれ求める問題。

600Wの電気器具を5分間使いました。

消費した電力量を、(1) J、(2) Wh、(3) kWhでそれぞれ求めなさい。

使用中の消費電力は600Wで一定とします。解答は記事の下部です。

算数学コラム

電力量=電力×時間です。

ただし電力をWで入れるなら、Jで答えるときは時間を秒(s)、Whで答えるときは時間(h)にそろえます。

1Wh=3600J、1000Wh=1kWh。

先に答えの単位を見ると、換算の道筋が決まります。

電力量の計算で「公式は合っているのに答えが違う」ときは、時間の単位が原因になっていないか確認しましょう。

今回は電気の公式をすべて並べるのではなく、J・Wh・kWhの換算と、分の直し方に絞って解説します。

電力Wと電力量Whは、何が違う?

電力は、1秒あたりに消費する電気エネルギーを表し、単位はW(ワット)です。

電力量は、ある時間に消費した電気エネルギーの合計で、J(ジュール)やWh(ワット時)、kWh(キロワット時)で表します。

1W=1J/sという関係があります。

600Wで一定なら、1秒に600J、2秒に1200Jを消費します。

Wの数字だけでは合計は決まらず、使った時間も必要です。

「WとWhは似た文字だから同じ」とせず、「1秒あたり」と「使った合計」の違いを言葉にしてみましょう。

Jで求めるとき|分を秒に直す

Jで答えるときは、電力Wに時間sを掛けます。

冒頭の5分は5×60=300秒なので、電力量は600×300=180000Jです。

600×5=3000では、5を秒として扱ったことになり、この問題の答えにはなりません。

計算の前に「5分=300秒」と1行書いてください。

頭の中だけで換算しないことが、ミスの切り分けに役立ちます。

答えが違ったときも、公式・単位換算・掛け算のどこで間違えたかを見つけやすくなります。

Whで求めるとき|分を60で割って時間に直す

Whで答えるときは、電力Wに時間hを掛けます。

1時間は60分なので、5分=5/60時間=1/12時間。

したがって600×5/60=50Whです。

同じ600Wを5分使う計算。Jは5分を300秒にして600×300=180000J。Whは5/60時間にして600×5/60=50Wh。

5分を0.05時間にしないようにしましょう。

分から時間への換算は、100ではなく60で割る操作です。

例えば30分は0.5時間、15分は0.25時間ですが、5分は0.05時間ではありません。

5/60を先に0.08などへ丸めると、600×0.08=48Whのようにずれます。

割り切れないときは分数のまま掛け、600÷60×5=50と計算しましょう。

kWhで求めるとき|Whを1000で割る

1000Wh=1kWhなので、50Whは50÷1000=0.05kWhです。

同じ電力量でも、大きい単位を使うと数値は小さくなります。

kWhにしたのに50より大きな数字になったら、掛け算と割り算を逆にしていないか確認しましょう。

別の方法は、電力600Wを0.6kWへ直してから、時間5/60hを掛ける計算です。

0.6×5/60=0.05kWh。

W×hならWh、kW×hならkWhになります。

慣れるまではWhを求めてから1000で割る手順にそろえると整理しやすくなります。

1Wh=3600Jは、1時間=3600秒から考える

1Whは、1Wの電力を1時間使ったときの電力量です。

1時間=3600秒なので、1W×3600秒=3600J。

したがって1Wh=3600Jです。

WhからJへは3600倍、JからWhへは3600で割ります。

JからWhへは3600で割り、WhからkWhへは1000で割る。180000J=50Wh=0.05kWh。逆向きの換算は掛け算。

冒頭の答えも、50Wh×3600=180000Jと一致します。

Jで計算した結果とWhで計算した結果が同じ電力量を表すか、この関係で検算できます。

さらに1kWh=1000Wh=3600000Jです。

練習例題|300Wを20分使うと何Wh?

時間は20/60時間=1/3時間です。

電力量は300×1/3=100Wh。

kWhなら0.1kWh、Jなら300×1200=360000Jとなります。

「600Wより300Wの方が小さいから、使った電力量も必ず少ない」とは言えません。

600Wを5分なら50Wh、300Wを20分なら100Whです。

比較には、電力だけでなく時間も必要です。

電圧・電流から始まる問題でも、単位の確認は同じ

電力が直接書かれていない基本問題では、まず電力W=電圧V×電流Aで求める場合があります。

例えば12V・0.5Aなら6W。

それを2分使うなら120秒なので、6×120=720Jです。

ここでは中学理科の基本的な回路で、使用中の値は一定とします。

V×Aで求まった値の単位はWであり、まだJではありません。

式の横へ「電力6W→時間120秒→電力量720J」と書くと、何を求めた段階なのかを追えます。

オームの法則の式と電力量の式を一度に混ぜず、段階を分けましょう。

定期テストで防ぎたい3つの間違い

分のまま掛ける:答えがJなら秒、Whなら時間へ直します。問題文の数字を掛ける前に、求める単位を丸で囲みましょう。

WhをW/hと読む:WhはWとhの積です。「時間で割る」意味ではありません。電力量=電力×時間の式と結び付けます。

WからkWhへ直接換算しようとする:Wは電力、kWhは電力量で、異なる量です。時間がなければ換算できません。一方、J・Wh・kWhは同じ電力量の単位なので換算できます。

実際の家電は運転状態によって消費電力が変わることがあります。

表示値だけで毎回同じ電力量になると決めつけず、テストでは「一定とする」などの条件を読みましょう。

本記事の計算は、指定された一定の消費電力を使う練習です。

一問一答PDF|電力量の単位換算を8問で確認

式、時間の単位、5分の換算、J・Wh・kWhの計算、別の数値での練習を8問にまとめました。

1ページ目が問題、2ページ目が解答・確認ポイントです。

中2理科|電力量の単位換算 一問一答8問PDFをダウンロード
※A4・全2ページ。消費電力は使用中一定とします。

よくある質問

電力量をJで求めるとき、時間の単位は?

電力をWで入れる場合は秒(s)です。電力量J=電力W×時間sで求めます。

5分は0.05時間ですか?

いいえ。5÷60=1/12時間です。分から時間へは60で割ります。

JとWhはどう換算しますか?

1Wh=3600Jです。WhからJへは3600倍、JからWhへは3600で割ります。

WとkWhはそのまま換算できますか?

できません。Wは電力、kWhは電力量です。一定の電力なら、使った時間を掛けることで電力量を求められます。

まとめ|答えの単位から、時間の単位を決めよう

電力量は電力×時間。電力Wに対して、Jなら秒、Whなら時間を使います。

WhからkWhは1000で割り、WhからJは3600倍。

5分を分数のまま5/60時間として扱う練習から始めましょう。

京の算数学 解答#1593

600Wで5分。300秒を掛けて180000J、5/60時間を掛けて50Wh、1000で割って0.05kWh。

(1) 5分=300秒より600×300=180000J。

(2) 5分=5/60時間より600×5/60=50Wh。

(3) 50÷1000=0.05kWhです。

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