電気エネルギー

電気エネルギー（電力量）〔Wh〕＝電圧〔V〕× ◇電気量〔 Ah(アンペアアワー) 〕

電気エネルギー〔Wh〕＝電圧〔V〕× ◇電流〔 A(アンペア) 〕×時間〔h〕

電気エネルギー〔Wh〕＝電力〔 W(ワット) 〕×時間〔h〕

表 1 . 1キロワットアワー（ kWh ）の電力量で、できるモノ

モノ	価値 /円	質量 / g	体積 / cm3

（電気）	31	-	-
二酸化炭素	廃棄物（大気放出）	500	254545
アルミニウム ( 溶融塩電解 )	24	75	27

固体は重量（トン）で価格を決めます。そのまま重量を測ることが多いです。液体は体積（リットル）で価格を決めますが、液位を測ると便利です。気体は体積（ノルマル立米）で価格を決めますが、ボンベの残量などは圧力（気圧）を測ると便利です。

電気は目にも見えず触れることもできないので計器で測るしかありません。電力量（キロワットアワー）を、モノや価格と紐づけてイメージしましょう。

ファラデー定数は、電気量とモノの架け橋。96500C/molまたは、27kAh/molです。

表 2 . 回路計で測れる物理量
物理量	単位	備考

電圧 `V`	V	乾電池の開回路電圧は1.65V。乾電池の公称電圧は1.5V。ダニエル電池の起電力は、1.1V 水の理論分解電圧は1.23V。
電流 `I`	A	豆電球の電流は 0.5A。ぽちっと光ったＬＥＤの電流は1mA。電流密度＝電流÷電極面積 $I = \frac{ⅆ Q}{ⅆ t}$
時間 `t`	s
電気量 `Q`	C	$Q = \int I ⅆ t$ 🖱 電気エネルギーは電気量×電圧
電気抵抗 `R`	Ω	$R = \frac{ⅆ V}{ⅆ I}$ , $V = R I$
静電容量 `C`	F ( ファラッド )	$C = \frac{ⅆ Q}{ⅆ V}$ , $V = \frac{1}{C} \int I ⅆ t$
インダクタンス `L`	H ( ヘンリー )	$L = \frac{V}{\frac{ⅆ I}{ⅆ t}}$ , $V = L \frac{ⅆ I}{ⅆ t}$

回路計は、電圧、電流、電気抵抗などを測定できます ^1

) 。

電気抵抗、静電容量、インダクタンスを実現する電子部品（回路素子）として抵抗器、コンデンサ（キャパシタ）、コイルがあります ^2

) 。

ファラデー定数

96485.332 〔 C/mol 〕は、アボガドロ数×電気素量で、それらはＳＩで定められた定義定数です。

工業的には、 26.801 〔 Ah/mol 〕をよく使います。

銀、銅、爆鳴気などで、電気量を較正します。

ファラデー定数は、エネルギー密度や理論容量の計算にも使います。

電池のエネルギー

表 4 . 電池のエネルギー

式	説明

$E = \int V_{o} (Q) ⅆ Q$	電気エネルギー `E`は、電気量`Q`の関数であるところの作動電圧Voを電気量で積分して得る。理想的な電池では、電気量Q=電池容量× SOCである。電気量`Q`は、電池では容量とも言われる。静電容量〔F〕と電池容量〔Ah〕は単位が違うので注意。電池の理論容量は、活物質の物質量に比例する（ファラデーの電気分解の法則）。
$E = V_{a} \int (Q) ⅆ Q = V_{a} Q$	電池の作動電圧を平均作動電圧として一定とみなせば、電気エネルギーEは、平均作動電圧と電気量の積で近似できる。
$V_{o} (Q) = V_{e.m.f.} (Q) - η (I)$	作動電圧（Ｑ）は、電池の起電力（Ｑ）から電流の関数であるところの過電圧を差し引いて得る。
$V_{o} (Q) = V_{e.m.f.} (Q) - η (\frac{ⅆ Q}{ⅆ t})$	電流と電気量の関係を使って、全て電気量で記述できる。
$V_{o} (Q) = V_{e.m.f.} (Q) - r I$	過電圧が、電池の内部抵抗だけで近似できるなら、
	作動電圧（Ｑ）＝電池の起電力（Ｑ）±過電圧（Ｉ）電流は電気量の時間微分なので、作動電圧（Ｑ）＝電池の起電力（Ｑ）±過電圧（ｄＱ/ｄｔ）

電池の単位重量当たりの電気エネルギーを重量エネルギー密度、電池の単位体積当たりの電気エネルギーを体積エネルギー密度と言います。

電線、碍子、鉄塔

エンジニアリング

図 4 . エンジニアリング・マップ

化学工業の製品は、kgやm3の量り売りです。製品を作る応用化学と、プラントを作る化学工学があります。

機械工学には、自動車のエンジンなどの大きな動力を扱う、精密機械があります。機械の製品は、例えば１台２台と数えます。

電気工学には、エネルギーを扱う強電と、情報を扱う弱電があります。

エネルギーの種類

表 5 . 0. 29 エネルギーの種類

kWh、 J	関係式	示強性変数	示量性変数	物質量あたりマクロ	粒子あたりミクロ

🧪 化学エネルギー`G`	⊿`G`=⊿`H`-`T`⊿`S`	化学ポテンシャル	物質量〔mol〕	アボガドロ数 `N`_A
🔥 熱エネルギー	🖱 `Q`= `TS` `RT`	温度 `T` 〔K〕	エントロピー `S` 〔J/K〕	気体定数 `R` 〔J/K・mol〕	ボルツマン定数 `k_B` 〔J/K
💪 力学的エネルギー `E`	🖱 `W`= `pV`	圧力 `p` 〔Pa〕	体積 `V` 〔m³〕	理想気体のモル体積 `x` 〔L/mol〕
⚡ 電気エネルギー `E`	🖱 `E`=`VQ` `E`=`nFE`	電圧 `V` 〔V〕	電気量 `Q` 〔C〕	ファラデー定数 `F` 〔C/mol〕	電気素量 `e` 〔C〕
🌟 光エネルギー `E`	`E`=`hν`	振動数 `ν` 〔Hz〕			プランク定数 `h` 〔J・s〕

エネルギーは、相互にエネルギー変換できます。エネルギーは保存則でなくなりませんが、有効な仕事として利用できるエネルギー（エクセルギー）の割合は減っていき、廃熱（アネルギー）の割合が増えていきます。その意味で、熱エネルギーはエネルギーの廃棄物と言えます。

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