化学プラント大全 
※本記事の参考文献には、Amazonアソシエイトのリンク（アフィリエイト広告）を含みます。
最終確認：2026年10月24日
電験三種の理論・電力・機械で使う、電気と力学のきほんの道具を5つまとめた辞書です。仕事と電力、回る物の力、電気のきほん語、文字と記号の読み方、電子の動き方の順に確かめます。
準備編：数学の道具｜電気と力学のきほん
力・仕事・電力 ── 電力は1秒あたりの仕事、電力量は電力×時間
| 量 | 記号と単位 | 意味 |
|---|---|---|
| 力（ちから） | F〔N〕 | 物を押したり引いたりする働き |
| 仕事（しごと） | W〔J〕 | 力×力の向きに動いた距離 |
| 電力（でんりょく） | P〔W〕 | 1秒あたりの仕事。1 W＝1 J/s |
| 電力量（でんりょくりょう） | W〔J〕〔kW·h〕 | 電力×使った時間 |
電力は1秒あたりの仕事で、電力量は電力に時間を掛けた量です。1 kW·hは3.6×10⁶ Jです。熱の量も、同じJで量ります。
言葉の式 仕事 ＝ 力 × 力の向きに動いた距離
W：仕事〔J〕 F：力〔N〕 x：力の向きに動いた距離〔m〕
言葉の式 電力量 ＝ 電力 × 時間
W：電力量〔W·s〕 P：電力〔W〕 t：時間〔s〕
言葉の式 電力 ＝ 電圧 × 電流
P：電力〔W〕 V：電圧〔V〕 I：電流〔A〕
- 仕事は、力〔N〕に、力の向きに動いた距離〔m〕を掛けた値です。1 Nの力で1 m動かすと1 Jです。
- 力の向きと直角に動いた分は、仕事に数えません。荷物を持ったまま水平に歩いても、持ち上げる仕事は0です。
- 質量1 kgの物の重さ（地球が引く力）は、約9.8 Nです。持ち上げる力は、質量×9.8で出します。
- 直流では、電力は電圧と電流の積です（交流では別の式になります）。電力量の単位はW·s（＝J）か、時間を時で数えたkW·hです。
電験で使う所
計算の型
例1：質量10 kgの荷物を、6秒で3 mの高さまで持ち上げます。
- 持ち上げる力は、10×9.8＝98 Nです。
- 1秒あたりの仕事（電力）は、294÷6＝49 Wです。
例2：1.2 kWの電熱器を30分使います。電力は1200 W、時間を秒に直すと1800 sです。
- kW·hで数えると、1.2×0.5＝0.6 kW·hです。0.6に3.6×10⁶を掛けると2.16×10⁶ Jで、上の2.16×10⁶ W·sと同じです。
よくある間違い：
- 電力〔W〕と電力量〔J・kW·h〕を取り違える。電力は「速さ」、電力量は「ためた量」です。
- 30分を30のまま掛ける。時で数えるなら0.5 h、秒で数えるなら1800 sです。
- kW·hをJに直すとき、3600だけを掛けて1000を忘れる。1 kW·hは1000×3600＝3.6×10⁶ Jです。
回る物の力学 ── 出力はトルクと角速度の積
| 量 | 記号と単位 | 意味 |
|---|---|---|
| トルク（とるく） | T〔N·m〕 | 力×回転軸から力までの腕の長さ |
| 回転速度（かいてんそくど） | N〔min⁻¹〕 | 1分間に回る回数 |
| 角速度（かくそくど） | ω〔ラジアン毎秒〕 | 1秒間に回る角度。1回転は2π rad |
| 出力 | P〔W〕 | 角速度×トルク |
回る物の出力は、角速度とトルクの積です。同じ出力なら、回転が遅いほどトルクは大きくなります。
- トルクは「回そうとする力」です。同じ力でも、軸から遠くを押すほど大きくなります。腕の長さは、軸から力の線までの直角の距離です。
- 角速度は、1秒あたりの回転数に2π（パイ）を掛けた値です。回転速度が1分あたりで与えられたら、60で割って1秒あたりに直します。角をradで測るわけは三角比とラジアンにあります。
- 出力がこの積になるわけ：腕の長さの所を押す力は、1回転で円周の長さだけ動きます。1回転の仕事は2π×トルクで、1秒の回転数を掛けると角速度×トルクです。
- 電動機のコイルのように、軸の両側で逆向きの力が働く形を偶力（ぐうりょく）と言います。トルクは、片方の力×2つの力の線の間隔です。
言葉の式 偶力のモーメント ＝ 力 × 腕の長さ
T：偶力のモーメント（トルク）〔N·m〕 F：偶力の1つ分の力〔N〕 D：2つの力の作用線の間隔（腕の長さ）〔m〕
言葉の式 角速度 ＝ 2π × 回転速度〔min⁻¹〕÷ 60
ω：角速度〔rad/s〕 N：回転速度（1分あたりの回転数）〔min⁻¹〕
言葉の式 出力 ＝ 角速度 × トルク
P：出力（機械的な出力）〔W〕 ω：角速度〔rad/s〕 T：トルク〔N·m〕
電験で使う所
計算の型
例1：長さ0.25 mのレンチの先に、柄と直角に40 Nの力を掛けます。
- トルクは、40×0.25＝10 N·mです。
例2：トルク20 N·mで、1500 min⁻¹で回る電動機の出力を出します。
- 1秒あたりの回転数は、1500÷60＝25回です。
- 角速度は、2π×25＝50π、約157.1 rad/sです。
- 出力は約3142 W、約3.14 kWです。
よくある間違い：
- 1分あたりの回転速度を、60で割らずに使う。
- 1秒あたりの回転数に2πを掛け忘れ、角速度の代わりに使う。
- 腕の長さに、軸から力までの距離ではなく、回る円の直径を使う。
電気のきほん語 ── 電荷が流れて電流、押す働きが電圧、流れにくさが抵抗
| 電気の量（記号と単位） | 意味 | 水のたとえ |
|---|---|---|
| 電荷（でんか）（Q〔C〕） | 電気の量 | 水の量 |
| 電流（でんりゅう）（I〔A〕） | 1秒に通る電荷 | 1秒に流れる水の量 |
| 電圧（でんあつ）（V〔V〕） | 1 Cあたりのエネルギーの差。1 V＝1 J/C | 水位の差 |
| 抵抗（ていこう）（R〔Ω〕） | 電流の流れにくさ | 細い管 |
| 起電力（きでんりょく）（E〔V〕） | 電池が電荷を押し上げる働き | ポンプ |
電荷が流れたものが電流、電荷を流そうとする働きが電圧、流れにくさが抵抗です。1 Aは、1秒に1 Cが通る電流です。1 Vは、1 Cあたり1 Jのエネルギーの差です。
言葉の式 電流 ＝ 電荷 ÷ 時間
I：電流〔A〕 Q：通過した電荷〔C〕 t：時間〔s〕
言葉の式 仕事 ＝ 電荷 × 電位差
W：仕事（エネルギー）〔J〕 Q：運ぶ電荷〔C〕 V：電位差〔V〕
- 電圧は2点の差です。1点の電気の高さは電位（でんい）と言い、基準の点（0 V）から測ります。
- 金属の中を動くのは、負の電荷を持つ電子（でんし）です。電流の向きは正の電荷が動く向きと決めたので、電子は電流と逆に動きます。
- たとえが崩れる所：水は管の先からこぼれても流れますが、電流は回路が一周つながらないと流れません。また、スイッチを入れると電線の中の電子が一斉に押されるので、電子そのものはゆっくりでも電球はすぐ点きます。
電験で使う所
計算の型
例1：2 Aの電流が5秒流れたときに通った電荷を出します。
- 電荷は電流×時間で、2×5＝10 Cです。式に戻して確かめます。
例2：その10 Cを、12 Vの差がある2点の間で運びます。
- 1 Cあたり12 Jなので、10 Cでは120 Jです。
よくある間違い：
- 電荷〔C〕と電流〔A〕を取り違える。電流は「1秒あたり」の電荷です。
- 電圧を1点の値と考える。電圧はいつも2点の電位の差です。
ギリシャ文字と量の記号 ── 斜体の文字は量、立てた文字は単位
| 文字（読み） | 電験で表す量 | 単位 |
|---|---|---|
| π（パイ） | 円周率（約3.14） | 単位なし |
| θ（シータ） | 角度・位相（いそう）・力率角（りきりつかく） | rad・° |
| φ（ファイ） | 位相差（いそうさ）。力率角に使う本もある | rad・° |
| ω（オメガ） | 角速度・角周波数（かくしゅうはすう） | ラジアン毎秒 |
| τ（タウ） | 時定数（じていすう） | s |
| Δ（デルタ） | 変化した量（ΔIは電流の変化） | もとの量と同じ |
| η（イータ） | 効率（こうりつ） | %（または単位なし） |
| 文字（読み） | 電験で表す量 | 単位 |
|---|---|---|
| ε（イプシロン） | 誘電率（ゆうでんりつ） | F/m |
| μ（ミュー） | 透磁率（とうじりつ） | H/m |
| ρ（ロー） | 抵抗率（ていこうりつ） | Ω·m |
| σ（シグマ） | 導電率（どうでんりつ） | S/m |
| Φ（ファイの大文字） | 磁束（じそく） | Wb |
| Ω（オメガの大文字） | 抵抗の単位（オーム） | 単位そのもの |
斜体の文字は量、立てた文字は単位です。同じVでも、斜体のVは電圧という量、立てたVはボルトという単位です。
- 電圧をVと置いて100 Vと書くとき、斜体のVは量、100の後ろのVは単位です。量の記号は、値と単位をまとめて表します。
- 単位は、量を決める式から組み立てます。電力は電圧×電流なのでW＝V·A、電力量は電力×時間なのでJ＝W·s、電荷は電流×時間なのでC＝A·sです。
- μは2つの意味で使います。単位の前に付くμ（マイクロ）は10⁻⁶倍の接頭語（せっとうご）で、量の記号のμは透磁率です。
- 添字は、同じ種類の量を区別する小さい文字です。比誘電率（ひゆうでんりつ）はεr（イプシロン・アール）と書きます。
- 磁束は、試験では大文字のΦ（ファイ）で書きます。小文字のφ（ファイ）で書く本もあります。
- εは誘電率のほか、ネイピア数（約2.718）の記号にも使います（指数関数）。
電験で使う所
計算の型
例1：100 Vで2 Aの電流が3秒流れたときの量を、単位で確かめます。
- V·AはWなので、電力は100×2＝200 Wです。
- W·sはJなので、電力量は200×3＝600 Jです。
例2：47 μF（マイクロファラド）を、Fに直します。μは10⁻⁶倍なので、47×10⁻⁶＝4.7×10⁻⁵ Fです。接頭語の直し方は10の何乗と接頭語にあります。
よくある間違い：
- 接頭語のμ（10⁻⁶）と、透磁率のμを取り違える。
- 同じφを、磁束にも位相差にも使う本がある。式の中の役目で見分けます。
等加速度運動と円運動 ── 一定の力で速さが一様に増え、横向きの力で円を描く
| 受ける力 | 速さ | 動きの形 |
|---|---|---|
| 力が無い | 変わらない | まっすぐ進み続ける |
| 進む向きに一定の力 | 時間に比例して増える | まっすぐ速くなる（等加速度運動） |
| 進む向きと直角に一定の力 | 横向きの速さだけ増える | 曲がっていく（放物線） |
| いつも速さと直角で、大きさが一定の力 | 変わらない | 向きだけが変わり、円を描く |
進む向きに一定の力を受けると、速さは時間に比例して増えます。いつも速さと直角で大きさが一定の力を受けると、速さは変わらず円を描きます。電界の中の電子は前の形、磁界に直角に入った電子は後の形で動きます。
言葉の式 力 ＝ 質量 × 加速度
F：力〔N〕 m：質量（電子なら m₀）〔kg〕 a：加速度〔m/s²〕
言葉の式 速度 ＝ 加速度 × 時間
v：速度〔m/s〕 a：加速度〔m/s²〕 t：時間〔s〕
言葉の式 力 ＝ 電荷 × 電界の強さ（電子なら F ＝ eE）
F：電荷が電界から受ける力〔N〕 q：電荷（電子なら電気素量 e）〔C〕 E：電界の強さ〔V/m〕
言葉の式 力 ＝ 電荷 × 速度 × 磁束密度（速度が磁界に垂直なとき）
F：ローレンツ力〔N〕 q：電荷（電子なら e）〔C〕 v：速度〔m/s〕 B：磁束密度〔T〕
- 加速度（かそくど）は、1秒あたりの速さの増え方です。同じ力なら、質量が小さいほど大きくなります。
- 速さと時間のグラフでは、加速度は直線の傾き、走った距離は直線の下の面積です（変化の割合・グラフの面積）。
- 電子は負の電荷なので、電界と逆向きに一定の力を受けます。力が一定なので、加速度も一定です。
- 磁界から受けるローレンツ力（ろーれんつりょく）は、いつも速さと直角です。速さを増やす向きの成分が無いので、向きだけを変え続けて円を描きます。
電験で使う所
- 電界中の電子の運動：一定の力で加速される電子と、放物線
- 磁界中の電子の運動：ローレンツ力で円を描く電子
- ホール効果・熱電効果・光電効果：磁界で曲げられた電荷が片側に集まる
計算の型
例1：質量2 kgの物に、6 Nの一定の力を加え続けます。
- 加速度は、力÷質量で6÷2＝3です。1秒ごとに、速さが3 m/sずつ増えるという意味です。
- 止まっていた物の4秒後の速さは、加速度×時間で3×4＝12 m/sです。
例2：電荷2×10⁻⁶ Cの粒子を、強さ500 V/mの電界の中に置きます。
よくある間違い：
- 電子が受ける力を、電界と同じ向きにする。負の電荷なので逆向きです。
- 磁界の中で、電子の速さが増えると考える。速さは変わらず、向きだけが変わります。
- 速さと加速度を取り違える。加速度は「1秒あたりの速さの増え方」です。
まとめ
電力は1秒あたりの仕事、電力量は電力×時間で、回る物の出力は角速度×トルクです。
電荷が流れて電流になり、電圧は1 Cあたりのエネルギーの差です。斜体の文字は量、立てた文字は単位です。
一定の力では速さが時間に比例して増え、速さと直角の力では円を描きます。
次に読む
参考文献
- 日高 邦彦・堀 桂太郎・井上 弘司『First Stage シリーズ 新訂電気回路入門』実教出版 第1章・第2章（電力と電力量） Amazonで見る
- 『みんなが欲しかった！電験三種 理論の教科書&問題集』TAC出版 初版（2018年） 静電気・磁気・電子理論の章 最新版をAmazonで見る
- 『みんなが欲しかった！電験三種 機械の教科書&問題集』TAC出版 初版（2018年） 電動機のトルクと出力の節 最新版をAmazonで見る
内容の誤りに気づいた方へ：誤りの報告フォーム
PLANT NEWS ON NOTE
化学プラントニュース
化学・石油プラントの重要ニュースを、毎週の週報と事故速報でお届けします。現場で押さえたい動きを、わかりやすく整理します。
noteで最新ニュースを読む ↗
