電気はお湯を沸かしたり、照明器具で明るく照らしたり、トースターや電気コタツなどのように熱を出したりします。して電気は、このようなことができるのでしょうか。電気は自分の持つ「エネルギー」を、いろいろな電気製品で別のエネルギーに変換することができます。電気の発熱を利用したものは、「電流の三大作用」の発熱作用を利用したものです。電流の三大作用2018.11.16熱を出す電気製品のほとんどは、発熱体として電熱線といわれるものが使われています。その中でも「ニクロム線」は、電熱線の代名詞といえるほど一般的なものです。ニクロム(Nichrome)はニッケルとクロムを中心とした合金で、電気抵抗が大きいため発熱素子として、トースターや電気コタツなどによく使われます。今では、省エネルギーの観点からLED照明などが多くなってきて、白熱電球が使われることが少なくなってきています。白熱電球は点灯している時には、かなりの熱を出しています。このように電気が流れたときに発生する熱を「ジュール熱」といいます。これは、導体を電気が流れると、抵抗によって熱が発生するためです。前述のトースターや電気コタツなどは、熱を利用するために、熱が出やすい発熱体を使っています。電気製品に使われているニクロム線は、むき出しでなくガラスチューブなどで絶縁されているものがほとんどです。発熱作用を利用したトースターの仕組みトースターの仕組みは図のようにわりと簡単なものです。上下に発熱するヒータ部分がある。タイマー付きのスイッチで発熱時間を変えられる。サーモスタットで発熱の時間を調節をする。●発熱によるサーモスタットの構造サーモスタットは温度調節をするためのものですが、その仕組みは「バイメタル」を使ったものです。バイメタルとは、2枚の異なる金属を貼り合わせたもので、温度が高まると金属が伸びる性質を利用しています。その伸びる割合が金属の種類によって異なります。バイメタルは、貼り付けた2枚の金属の伸びが異なるので、発熱により温度が高くなると反り返ります。これをスイッチの役割りとして使います。電気製品を使っていると、コンセントに色々な電気製品のコードを差してしまいます。ここで、気を付けたいことがあります。それは、タコ足配線です。タコ足配線とは、一つのコンセントなどに「トリプルタップ」などで、たくさんのプラグを接続することを言います。タコ足配線をすると、コンセントやテーブルタップなどに、規定以上の電流が流れて発熱する危険があるからです。タコ足配線をやらない方が良いのですが、タコ足配線自体が問題なのではありません。問題なのは、タコ足配線によって、規定電流以上の電気が流れることが危険なのです。電気のコードなども、わずかですが抵抗がありますので、規定以上に電気を流したりすると熱が出て熱くなります。そこから発熱して、さらに使い続ければ、火災に発展することもあるかもしれません。実際問題として、コンセントにいくつかの電気製品のプラグを差すことはありますから、それぞれの製品の使用電力を考えてコンセントに差すようにしましょう。トースターや電気コタツのように、直接的に熱を出すものは使用電力が大きいものが多いです。大雑把に言うと「電力=電圧×電流」です。コンセントの電圧は100Vですから、電気製品のワット数を見ればだいたいの電流が分かります。大雑把に言うと電力(ワット)は電圧と電流を掛けたものです。100W(ワット)の電気製品に流れる電流は、およそ1A(アンペア)と考えてかまいません。1500W(ワット)を目安に使うと良いでしょう。一般的に見て熱の出るものは、電力の消費が大きいものが多いです。トースター、電気ストーブ、電気コタツ、電気炊飯器などです。●ジュール熱による発熱ニクロム線のような導体に電気を流すと、ジュール熱という熱が発生します。絶縁物を強い高周波電界の中に置いて、絶縁体の誘電損失によって発熱する方法をいいます。誘電加熱の特徴は、絶縁物自身の発熱という特徴があります。●マイクロ波加熱による発熱マイクロ波加熱は誘電加熱の一種であり、マイクロ波と物質の相互作用により発熱します。電子レンジに代表されるものです。巻線の中に金属材料を置き、交流電流を流すと磁界が生じます。その磁界により金属材料に誘導電流が流れ、抵抗加熱により発熱します。IH調理器(電磁調理器)が代表的なものです。●ヒートポンプヒートポンプとは冷凍サイクリの発熱と吸熱を利用したものです。エアコンや冷蔵庫などに利用されています。以上で「熱を利用した電気製品」の説明を終わります。