CIMA LABORATORY

じょしゅ
みなみなさま、こんにちはでございにゃす!

こんかいはね、、、マジメなテーマだよ。

きょうじゅ
いつも真面目や!

とはいえ、今回はですね、基礎の基礎、電気のことについて真面目に実験、そして解説したいと思います。。。

じょしゅ
なにその、、、よいん。
きょうじゅ
生活していく中で不可欠な家電製品。

我々の仕事にも不可欠な電子製品。

全て電気がなくては話になりませんが、電気の基礎的な知識がないと思わぬ落とし穴にハマりかねません。

家庭でも現場でも電気を使うときには、注意点があることを説明していきます。

検証は、テスターを使って行います。

まずはじめに、電池の電圧測定です。

じょしゅ
きそ、やで。

電池の電圧測定

●準備した電池:新品、中古品などいろいろです。

新品の電池

きょうじゅ
まず新品を測定してみます。

テスターを電池の「+」と「-」に当てます。

きょうじゅ
1.6Vを超えています。

中古の電池

きょうじゅ
1.5Vです。

ゴミ箱行きの電池

きょうじゅ
1.1Vです。

これはエアコンのリモコンに使っていましたが、使えなくなったので捨てようと思ったものです。

電池単体のそれぞれの数値は測定できましたね。

電池の残量は目に見えないので、この方法で簡易的にチェックできます。

次に、電池と豆電球を使って、抵抗と電圧の関係について解説していきます。

電池の抵抗と電圧

 

きょうじゅ
電球類は点灯して発熱すると抵抗値が上がります。
この時が正しい抵抗値であり、電圧値です。

きょうじゅ
電流値は168mAでした。

この数値から抵抗値を計算するには
抵抗=電圧÷電流なので
1.5V ÷ 0.168 = 約 9Ω です。

新品の電池

※豆電球(負荷)なし

 

※豆電球(負荷)あり

きょうじゅ
新しい電池に豆電球を接続すると、電池の両端は1.61Vから1.56に変化しました。

電池内部で0.05V下がったことになります。

1.56Vというのが電池の正しい電圧です。

ゴミ箱行きの電池

※豆電球(負荷)なし

 

※豆電球(負荷)あり

きょうじゅ
電池がほとんど無いので、豆電球も辛うじて点いている状態です。

電圧は0.47V下がりましたね。

古い電池で計測した場合、電圧低下が大きいことが分かりました。

そりゃ消耗しているから当然と思うでしょうが、考え方として電池の内部の抵抗値が上がったと思って下さい。

我々が日常で使っている100V電源でも同じことが言えます。

ここまでが基礎です。

次に電気機器(電熱器)と電子機器の消費電力の構造の違いを説明していきます。

まずは電熱器から。

電気機器と電子機器の消費電力の違い

きょうじゅ
ここに2ヶ所のコンセントがあります。
どこを経由しているかは不明とします。

きょうじゅ
それぞれの電圧を測ってみます。

Aの電圧

きょうじゅ
101Vですね

Bの電圧

きょうじゅ
100Vですね。

両方100Vあるから問題無いね!というわけではありません。

正しい電圧測定は、先程の豆電球時の測定のように必ず負荷をかけた状態で測ります。

消費電力1200Wの電気ケトルを使って、AとBの2ヶ所でそれぞれぞれ測定してみましょう。

その前に、電気ケトルの抵抗値を計算しておきます。

電流=消費電力÷電圧なので、1200W÷100V=12Aになり、

抵抗値は、抵抗=電圧÷電流なので、100V÷12A=約8.3Ωになります。

電気機器(電熱器)の消費電力

電気ケトルをONにしてAとBで計測してみます。

じょしゅ
Aは94Vだよ

じょしゅ
Bは87Vだよ。
きょうじゅ
なぜこの差があるのでしょう?

実はBには途中に電源ドラムを使っていたのです。

※今回は実験なのでドラムを巻いたまま使用しましたが、全て解いてから使用しなければなりません。

電熱器 ケーブルドラムなし

きょうじゅ
Aではどのくらいの電流が流れているかというと、電流=電圧÷抵抗なので、94V÷8.3Ω=11.32Aということになりますね。

消費電力は電圧×電流なので、94V×11.32A=約1064Wです。

きょうじゅ
ここでの配線ケーブルの抵抗値と消費電力は
・6V(100V-94V)÷ 11.32A = 約0.53Ω
・6V × 11.32A = 約68W

そして合計の消費電力は
68W + 1064W = 1132W

じょしゅ
あ、、、あかん。。

「りか」のレベルなのに、こんらんするーーー!

電熱器 ケーブルドラムあり

きょうじゅ
気持ちは分かる!

ちょっと下にある結論だけ読んでもいいよ。

Aで行った計算をBでも行うと、約10.48Aの電流が流れ、電気ケトルの電力は約912Wになりました。

きょうじゅ
ここでのケーブルドラムの抵抗値と電力は、
・13V(100V-87V)÷10.48A =約1.24Ω
・13V ×10.48A =約136W

電気ケトルの抵抗値と電力は、
・87V ÷10.48A = 約8.3Ω
・87V ×10.48A = 約912W

そして、合計の消費電力は
136W + 912W =1048Wとなります。

ケーブルドラムが136Wも電力を消費しています!!

電熱器の消費電力の仕組み

きょうじゅ
この結果から分かることは、電気をパワーとして使用する電熱器などの電気機器は電圧が低下すると、消費電力も低下するということです。

95V→1132W、87V→912W

つまり、電圧とパワーは比例しています。

また、ケーブルドラムを使用した場合、余計に136Wを消費しているということが分かります。

一方で・・電子機器である業務用のプロジェクターを同じように接続したと仮定してみます。

電子機器の消費電力

きょうじゅ
プロジェクターのような電子機器と呼ばれる機器は、電圧が下がろうとも消費電力は変わりません。
例えば電圧が87Vの場合は、電力を同じ状態にする為に電流を22%ほど増加させます。
電流を増加させると電圧がさらに低下するという悪循環が発生し、最終的には81.1Vまで低下すると思われます。
この81.1Vという数値は電流と電圧のバランスがとれる数値です。

きょうじゅ
プロジェクターの電流と電力は、
・1200W ÷ 81.8V =約14.67A
・81.1V × 14.67A =約1200W

ケーブルの電力は、
・18.2V(100Vー81.8V)×14.67A = 約267W

よって、合計の消費電力は
1200W + 267W = 約1467W!!となります。

267Wも電気の無駄使いをしています!!

余談ですが、多くの人がケーブルドラムや延長ケーブルを使用すると、大量に無駄な電力が発生することになります。

こまめに電気消してねーというレベルではありません。

じょしゅ
しらんかったー!
きょうじゅ
ケトルや、ストーブ・こたつのような電熱器と言われるものは、電圧が下がると消費電力も下がりますが、プロジェクターや、パソコン・テレビのような電子機器は電圧が下がっても機器自体の消費電力は変わらない為、それを補おうと電流値が上がってしまいます。

今回の場合、100V出ていれば12Aで済んだところが14.67Aまで上がっています。

消費電力が変わらない分、どこかに負担が出てきます。

例えば!これらを生活に言い換えれば・・
ケトルのような電熱器の場合・・収入(電圧)が下がれば、支出も下げて生活をするということです。
しかし、プロジェクターのような電子機器の場合・・収入(電圧)が下がっても支出を下げないので、自転車操業のような生活になります。

じょしゅ
うまいこと いうやん。
きょうじゅ
上からー!

電熱器とプラズマディスプレイで実験してみたことがあるので、その結果を参考にご覧ください。

きょうじゅ
電子機器のプラズマディスプレイは電圧が下がってるにも関わらず、電流が上がって、消費電力はほぼ変わっていません。

注意点

きょうじゅ
今回は実験なので、ケーブルドラムを巻いたまま電子機器と接続して使用しましたが、電気が無理をしている場合、ケーブルが熱くなって被覆が溶ける可能性がありますので、もし使用する場合は全て解いて使用しなければなりません。

落とし穴とは

きょうじゅ
電子機器を使用する場合、電圧が低いと電流で補っていたり、目の見えないところで機器が無理をしている可能性があります。

その場合は、電源ケーブルが熱くなっていたり、溶けている!なんてことも起こりえます。

点いてるからOKなんてのんびりしていると、トンデモナイことが起こるかもしれません。

これが落とし穴です。

このようなトラブルにならないために、まずは電圧計測をしてください。

計測方法

・コンセントを挿す前(オープン)に計測

・コンセントを挿して機材を起動させてから計測

きょうじゅ
この差が5V以上ある場合は、電源周辺を確認する必要があります。

コンセントが抜けかけている、ケーブルドラムを使用している、断線しかけているなど様々な要因が考えられます。

私感になりますが、オープン時の計測で100V、機材を起動させてからの計測で97Vであれば問題は無いでしょう。

しかし、95V以下であれば、どこかに異常がある可能性があるので、確認した方が良いかと思います。

その他、電気を扱う際の注意点として「感電」がありますよね。

抵抗値が低ければ低いほど電気が通りやすいのですが、果たして人間の抵抗値はいくつくらいなのかを測ってみました!

じょしゅ
きょうみ ほんい!

おまけ/人間の抵抗値

乾いた指で測定・・・60代男性

きょうじゅ
私(教授)は、1996KΩ

水で濡れた指で測定・・・60代男性

きょうじゅ
指を水で濡らすと610KΩでした。

乾いた指で測定・・・30代女性

きょうじゅ
639KΩでした。

私の「濡れた指で測定」と同じような抵抗値じゃないか!

水で濡れた指で測定・・・30代女性

きょうじゅ
364KΩですね。

さすが若いと抵抗値が少ないですね。私は濡らしても若い人に届かないなんて、身体が干からびているのか。。?

一般的に公開されている抵抗値はもっと低いです。
それは接触する面積に関係します。

手のひら等、接触部分が大きければもっと低い数値が出ます。
お分かりでしょうが、低いほど感電しやすくなります。

干からびてる方がええんやで!

まとめ

きょうじゅ
電気は生活になくてはならないものですが、このように環境や機器の使い方によってはリスクがあるという事がお分かりいただけましたでしょうか。

我々の仕事は電気がないと始まらないので、改めて注意していていくことを心がけたいと思います。

じょしゅ
でんきと ともだちになろう!

じかいもよろしーま\(^o^)/

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