電気製品は電気エネルギーによって仕事を行う装置です。
電気エネルギーを仕事に変換する仕組みは複雑ですが、実際にはこれを抵抗やコンデンサ、IC、LSIといった電気部品の組み合わせで実現しています。
電気回路は電気エネルギーを使って動作しますが、実際には電気エネルギーを電圧と電流という形で利用します。
ちょうど水車が高いところから低いところへ流れる水の勢いと量を使うのと同じです。
しき水の場合もそうですが、最初に持っていた水のエネルギーがすべて水車の動力エネルギーとなるわけではありません。
電気の場合も、供給した電気エネルギーがすべて仕事に変わるわけではありません。
仕事に使われなかった電気エネルギーはどうなるかというと、熱になってしまいます。
・電気製品は電気エネルギーで動く
・電気回路は電圧と電流を利用する
・使わなかったエネルギーは熱になる
パソコンを例にとって考えて見ます。
パソコンはケースの中にマザーボードと電源ユニット、ハードディスクドライブ、CD/DVDプレーヤーなどのユニットがあり、それぞれを電線で接続しています。
マザーボード上にはCPUとメモリーカードが実装されますが、これらはコネクタで接続されます。
パソコンの電源を入れると、これらのユニットの回路を形成した電気部品に電流が流れます。
この状態でどこから熱が出ているかというと、マザーボード上のCPUやチップセットと呼ばれる半導体にはヒートシンクが付いており、スイッチを入れた直後から温まってきます。
これらからはあきらかに熱が出ていることがわかりますが、ほかに発熱源はあるでしょうか。
実際には、電気がながっるところすべてから熱が出ます。
電気の流れは実際には自由電子の流れですが、導体には必ず電気抵抗があるため、伝記が流れると必ず損失が発生します。
それは電線でもプリント配線板でも同じことです。
したがって、電気が流れる部分からは必ず熱が発生しています。
ただし、発熱量は各部分で異なります。
電気製品から発生する熱の多くは電気部品から発生します。
最近はCPUやメモリなどの集積回路を多用します。
これらは回路が集積されているため比較的小さな面積から多量の熱が出ています。
狭い場所に人がごった返しているとき、そこを通ろうとすると人にぶつかりながら苦労して通り抜けるように、集積回路の中を電子が通るときにも、あちこちぶつかりながら苦労して通っているとイメージできます。
あちこちぶつかることで電子の運動エネルギーが消費され、熱エネルギーに変換されてしまうのです。
導体に電流を流したときに生じる発熱であるジュール効果によって発生する熱エネルギーをジュール熱といいます。
ジュール効果とは、強磁性体に外部磁場を加えて磁化すると、磁場の方向に歪みを生じことをいいます。
熱量をＨ、抵抗をＲ、電流をＩ、時間をｔ［秒］としたとき、発熱量の公式は
Ｈ = Ｉ2Ｒｔ[J(ジュール)]
とあらわすことが出来ます。
カロリーを使ったジュールの法則では、
発熱量Q（cal）＝0.24×電圧E（V）×電流 I（A）×時間 ｔ（秒）
とあらわすことができます。
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