損失電力計算機
電圧、電流、抵抗から抵抗器の電力損失とジュール発熱を計算します。
電力の散逸
既知の二つの電気量を選び、電力をワットで計算します。
損失電力について
損失電力は、部品が電気エネルギーを熱や他の形のエネルギーに変換する速さです。直流で動作する抵抗器では、電力は電圧と電流の積になります。オームの法則を使うと、電流の二乗と抵抗の積、または電圧の二乗を抵抗で割った値でも表せます。この計算機は三つの式に対応し、既知の電圧、電流、抵抗のうち二つを使えます。
結果はワットで表示します。一ワットは毎秒一ジュールのエネルギーです。12ボルトがかかり2.5アンペアが流れる抵抗器は30ワットを消費します。熱は部品本体、リード線、基板、空気の流れ、ヒートシンクを通して外へ逃がす必要があります。発熱が放熱を上回ると温度が上がり、抵抗値、信頼性、周囲の材料に影響する場合があります。
計算した電力だけを基準に抵抗器を選ぶのは、通常は適切な設計ではありません。メーカーの定格は特定の周囲温度、実装条件、基板面積、風量に基づきます。設計では余裕を持たせ、ディレーティング曲線を確認します。たとえば計算負荷が0.8ワットでも、筐体が高温または換気不良なら、一ワットを大きく上回る定格が必要な場合があります。パルス負荷では平均電力だけでなく、ピークエネルギーやパルス幅の制限も確認してください。
式は抵抗性の直流負荷、または純抵抗の交流負荷での実効値電圧と電流を前提にしています。インダクタンスや静電容量を含む交流回路では、電圧と電流に位相差が生じます。その場合、実効値同士の積は皮相電力であり、実際の発熱電力とは限りません。そのような回路には有効電力や力率を用いてください。半導体素子では一定抵抗だけでなく、電圧降下モデル、スイッチング損失、熱抵抗の解析が必要な場合もあります。
入力単位の正確さが重要です。ボルト、アンペア、オームで入力するとワットが得られます。ミリアンペアは未変換なら入力前に1,000で割り、キロオームは1,000倍してください。電圧と抵抗の式ではゼロ除算が定義されないため、抵抗はゼロより大きい必要があります。
抵抗器の選定、ヒーターの概算、配線確認、電池負荷、授業の回路解析に利用できます。結果はその後の熱計算で電気的な熱源として扱ってください。最終設計では部品のデータシート、公差、過渡応答、最大電圧、周囲条件、適用される電気安全規格との照合が必要です。
損失電力の例
等価な電力の式で代表的な回路を計算します。
| 既知の値 | 電力 | 計算 |
|---|---|---|
| 12 Vと2.5 A | 30 W | 電圧に電流を掛けます。 |
| 3 Aと8 Ω | 72 W | 電流の二乗に抵抗を掛けます。 |
| 24 Vと48 Ω | 12 W | 電圧の二乗を抵抗で割ります。 |
損失電力の計算方法
- 既知の二つの回路値に合うモードを選びます。
- 表示に従い、電圧はボルト、電流はアンペア、抵抗はオームで入力します。
- 「電力を計算」を選択し、対応する電力の式を適用します。
- 結果を部品定格や適切な温度ディレーティング資料と比較します。
損失電力のよくある質問
損失電力とは何ですか?
部品が電気エネルギーを変換する速さで、通常は熱に変わります。単位はワットです。
どの電力の式を使えばよいですか?
電圧と電流が既知なら両者の積を使います。抵抗が既知なら、電流の二乗と抵抗の積、または電圧の二乗を抵抗で割る式を使います。
結果が1 Wなら1 Wの抵抗器でよいですか?
必ずしもそうではありません。余裕を持たせ、周囲温度、実装、風量に応じたメーカーのディレーティング曲線に従ってください。
交流回路にも使えますか?
純抵抗の交流負荷なら実効値で使えます。リアクタンスを含む負荷では、位相差を考慮するため有効電力と力率が必要です。
抵抗器が熱くなるのはなぜですか?
移動する電荷が衝突を通して抵抗器の格子へエネルギーを渡すためです。電気エネルギーは主に熱となり、放熱と発熱が釣り合うまで温度を上げます。