物理学におけるエネルギーとワットについて

電気を物理学的に分かりやすく書き下してみようと思います。
電気とはエネルギーである、と以前に記している通りです。

現代社会では電気はあらゆる分野で使用されるようになりましたが、その理由は何かということになると、エネルギー源として考えたとき、私たちの日常生活で必要とするあらゆるエネルギー形態に容易に変換することができる、という電気固有の特徴にあります。

この「エネルギー」が何かということが、電気を理解する上で必要不可欠な基礎になります。
恐らくほとんどの人が学んできたであろう基礎をここでは振り返ってみることにします。

エネルギーとは

エネルギーにはたくさん種類があります。
最もイメージしやすい運動エネルギー、その他にも位置エネルギー、熱エネルギー、電気エネルギー、光エネルギーなどがあります。
物理学における「エネルギー」とは、　仕事をすることができる能力、または量と定義されます。高いところにある水は位置エネルギーを持ち、例えば、落下することにより運動エネルギーに変換して水車を回すことで仕事をする、という能力を持っているということになります。

仕事とは

仕事とは何かと考えると、
一般的には会社など、生計を立てていくための職業、業務などが思い当たるかと思いますが、ここでは物理学において定義される用語について言及することとします。
すなわち、物理学上では、
　物体に力が作用し、その力と同じ方向に物体が動いたとき、この力は仕事をした
ということになります。
力をいくら加えても物体が動かないと仕事したことにはならない、物体が動いて初めて仕事をした、と言えるということです。

仕事とエネルギーの関係と単位

各々の量を考えたとき、エネルギーの定義より、単位は同一となります。
すなわち、仕事＝力×距離となるので、単位は［N・m］となります。これを１ジュールと定義し、単位［J］となります。

仕事率

一般的に考える仕事を考えたとき、同じ仕事をするにも、この人は仕事が早い、この人は遅い、というように仕事の速度で評価するものです。
物理現象を考えたときにも、１つの物体が仕事をしたりエネルギーを供給するとき、仕事またはエネルギーを供給する速さを量的に表すことが必要になります。
そのために定義されるのが仕事率です。t時間にこなした仕事（エネルギー）をWとすると、仕事率は　P=W[J]/t[s]と表されます。

このPの単位がワット[W]。
そう、電力を表すのに単位としておなじみですね。

ここでポイントなのが、「電力」が「仕事率」とイコールであり、エネルギーを時間で除した物理量であるということです。
100W電球を照らすためには、100[J]のエネルギーを１秒あたりに供給する必要になります。この電球が照らされている時間、これだけのエネルギーが、絶えず発電所から送配電線に乗って供給されるのです。

次は、電磁気学における電位の定義について説明したいと思います。