電熱のエネルギーと加熱効率

基本の仕組み

電力Pを一定として時間tだけ使うと、電気エネルギーはPtです。Wと秒で計算すれば単位はJです。電力と電力量の区別を、そのまま加熱にも使います。

加熱に必要な熱量は、質量・比熱・温度上昇の積で考えます。水だけを温める理想条件と、容器も温まり周囲へ熱が逃げる実際の条件では、必要な電気エネルギーが異なります。

熱量から電気入力を逆算

物体の加熱に必要な熱量はQ＝mcΔTです。水の比熱は約4.2kJ/(kg・K)で、水1Lを約1kgとして計算します。電熱器の電力P、時間t、熱効率ηなら有効に使われる熱量はηPtで、入力電力量はQ/ηです。

2026年上期出題例（問12）は水2Lを10K上げ、効率50%とする問題です。水を約2kgとすると水が得る熱は2×4.2×10＝84kJ、電熱器が発生した熱は84/0.5＝168kJです。効率を掛けて42kJとする向きの誤りに注意します。

W×秒はJ、kW×時間はkWhです。容器や周囲への損失をまとめた効率が与えられた場合、その効率をさらに別の損失として二重に差し引きません。

確認

熱効率ηが与えられる場合、対象に使われる熱量はηPtです。効率が低いほど、同じ温度上昇に必要な時間や電気エネルギーが増えます。百分率の効率は小数に直して計算します。

発熱の仕組みも区別します。抵抗加熱は電流によるジュール熱を利用し、電磁調理器の誘導加熱は変化する磁束によって鍋などに生じる渦電流を利用します。同じ電熱器でも、電気から熱への変換の仕方が異なります。