発電所から送電される交流電気は、変圧器を使って非常に高い電圧に変換されて送られます。その理由として、送電線に流れる電流を小さくして、送電線で発生するジュール熱を抑えることが挙げられます。この話題に関して、「ジュール熱がなぜ小さくなるのか？」という質問がよくあります。この記事では、この疑問に答えるため、電力の関係やジュール熱の仕組みを解説します。
電力と電流の関係
まず、電力P（ワット）は、電圧V（ボルト）と電流I（アンペア）の積で表されます。式で表すと、P = V × I です。送電時に電圧Vが高くなると、電流Iが小さくなり、同じ電力Pを維持できます。これは、送電線での電流が小さいほど、ジュール熱が小さくなるためです。
ジュール熱は、送電線などの抵抗を持つ物質を通る電流によって発生します。電流が多ければ多いほど、その抵抗によるエネルギー損失が大きくなり、ジュール熱が増加します。
ジュール熱とジュールの法則
ジュール熱Qは、ジュールの法則に基づき、Q = I²Rt で計算されます。この式では、Iは電流、Rは抵抗、tは時間を表します。ジュール熱は、電流Iの二乗に比例するため、電流が減少すると、ジュール熱も大幅に減少します。
例えば、送電線の電流が半分になると、ジュール熱は1/4に減ります。これにより、電力を変換して高電圧にすることで、送電中のエネルギー損失を大幅に抑えることができます。
高電圧で送電する理由
送電線で流れる電流を小さくするために、高電圧が使用されます。電力Pは不変とすると、電圧Vが高くなれば電流Iは低くなります。このようにして電流を小さくすることで、送電線におけるジュール熱を減少させ、エネルギー損失を抑えることができます。
送電線の抵抗が一定であれば、電流が小さいほどジュール熱は少なくなります。これにより、送電効率が向上し、電力損失を最小限に抑えることができます。
まとめ: 高電圧で送電する理由とジュール熱の関係
発電所から送電される電気が高電圧に変換されるのは、送電線でのジュール熱を抑えるためです。電力Pが不変の場合、電圧Vが大きくなると電流Iが小さくなり、その結果、送電線で発生するジュール熱が減少します。ジュール熱は電流の二乗に比例するため、電流を減らすことでエネルギー損失を大幅に抑え、効率的な送電が可能になります。
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