中2は今度の期末テストの範囲に「電流と磁界」が含まれるし、中3は相変わらず入試問題演習で「電流と磁界」分野の失点が目立つ。
中学理科が目指す1つの目標は「日常生活に役立つ理科」であり、入試もその観点からの出題がよく狙われる。
日常生活に密接にかかわるのが電気の分野、特に消費電力は発電用燃料のLPGの世界的な高騰から電気料金が値上がりしているため、切実なテーマだ。
さて、電力はP=EI(VA)であるが、オームの法則I=E/Rの関係からEが上がればIも上がる。
並列回路では、電圧はどの抵抗にも均等にかかるので、電圧が2倍になれば電流も2倍になりPは2×2=4倍になる。
また電圧が1/2になれば電流も1/2になるのでPは1/2×1/2=1/4となる。
これは前回の入試対策問題で、中3がしっかり間違えてくれたところだ。
このあたりの理科センスが、1つ上の静高1年生が中3だった時と比べて、もう一歩だ。
新星の静高1年と2年女子は物理でもクラス1位だ。
2年女子は物理と化学ともクラス1位で2冠だ。
家庭で使用する電気器具の電圧は100Vに統一されていて、接続法も並列のみである。
ではこの設定で、消費電力をできるだけ抑えるためにはどうしたらよいか?
入試問題の出題者だったら、今年は是非出したい問題だ。
電気器具をこまめに切るという答えは当たり前でだめ。
答えは消費電力の小さい器具を使うことだ。
まず最初にやるべきことは照明器具を全てLEDに切り替えることだが、なぜLEDが消費電力が低いかと言えば
P=EIのIが極端に小さいからだ。
流れる電流がミリアンペア単位で極めて少ない。
だが、電圧Eは100vかかるのでなぜ電流が極端に少ないか、よ--く考えてみよう。
I=E/Rから抵抗値Rが大きければよい。
LEDの照明器具には、660Ωなどという大きな抵抗値を持つ抵抗がセットで組み込まれている。
LEDはわずかな電流でも明るく光るように、電気エネルギ―の光変換効率が大変に高いのである。
消費電力の大幅改善は、エアコンの消費電力をいかに下げるかが決め手だ。
これにはヒートポンプ方式の大幅な改善がネックになる。
こちらは「熱エネルギ―と気体」という物理の分野になるが、これがまた静高生が苦手な分野で、頭が痛い。