2 マイクロジュールからワット時への換算

マイクロジュール（µJ）について

マイクロジュール は、1 ジュール の 100 万分の 1、すなわち 0.000001 ジュール にあたるエネルギーの単位です。記号は µJ です。小さな生き物の尺度であり、短い レーザー パルス の尺度であり、センサー が目覚めるときに使う電気の尺度でもあります。道具を使わない人がそれと気づける出来事を、なお言い表せるいちばん小さなエネルギー単位です。

ここは昆虫の住まいです。0.5 ミリグラム の ノミ が 20 センチメートル 跳ぶのに使うのは およそ 1 マイクロジュール、水平に飛ぶ 蚊 が持つのはその 4 分の 1 ほどです。1 グラム を 0.1 ミリメートル 持ち上げる仕事も同じです。こうした量があってこそ、この単位は肌で分かるものになります。原理として見えないのではなく、毎秒何百万回も繰り返されないかぎり意味を持たないほど小さいだけなのです。

着火に関わる安全は、この範囲で書かれます。そして数値が機器の作り方を決めます。水素と空気の混合気に火をつける最小のエネルギーは およそ 17 マイクロジュール、大半の炭化水素の蒸気では数百 マイクロジュール です。製油所、穀物倉庫、鉱山向けの本質安全防爆機器は、どんな故障が起きても混合気の必要量を超えて放出しないことを示して認証されます。だからこそ危険場所向けの回路は、ボルト ではなく マイクロジュール で検証されるのです。

パルス 光を使う機器は、ほぼ例外なく マイクロジュール で仕様が書かれます。車載の ライダー は数 マイクロジュール の パルス を毎秒何千回も撃ち、レーザー 刻印装置は数十から数百を使い、微細加工向けの フェムト秒 増幅器はこの範囲の上端に位置します。ビーム が何を切り、何を写し、どこまで安全に照らせるかを決めるのは 1 パルス あたりのエネルギーであり、平均出力だけではその問いに答えられません。

低消費電力の電子回路も同じ言葉で予算を組みます。無線識別の受動 タグ は読み取り機の電磁場から数 マイクロジュール を得て、そのなかでやり取りをすべて終えなければなりません。近距離無線の告知 1 回は数十 マイクロジュール、水晶時計の機構は毎秒およそ 1 マイクロジュール、目覚めて測ってまた眠る温度 センサー なら 10 マイクロジュール 未満で済むこともあります。こうした機器の電池寿命は、マイクロジュール で行う算数です。

その上では ミリジュール が引き継ぎ、効果は機械的になります。手に感じる火花、耳に聞こえる音、落ちる小さな物です。その下では ナノジュール が引き継ぎ、効果は光学的、電子的になります。マイクロジュール はそのあいだの狭い帯を占めており、だからこそ、ほかに何ひとつ共有しない多くの分野が同じ 接頭語 に行き着くのです。

1 マイクロジュール は、0.000001 ジュール、およそ 6.24 × 10¹² 電子ボルト、およそ 2.78 × 10⁻¹⁰ ワット時 に等しくなります。

ワット時（Wh）について

ワット時は、1 ワット の仕事率が 1 時間流れたときに届けられるエネルギー、すなわちちょうど 3600 ジュール にあたる単位です。記号は Wh です。キロワット時 の小銭にあたり、エネルギーの量が千の位で言うには小さすぎる場面で使われます。

おもな縄張りは電池です。ノート型計算機、電話、電動工具、携帯用スピーカーの容量は ワット時 で示され、機器どうしを比べるときに意味をもつのはこの数値です。ふつう セル に印刷されている二つの数を掛け合わせたものだからです。3.7 ボルト で 3000 ミリアンペア時 と書かれた電池はおよそ 11 ワット時 を蓄えており、アンペア時 の数値だけでは、電圧がなければ何の意味もありません。

航空の規則が、この単位を思いがけず世に広めました。100 ワット時 を超える リチウム 電池は、航空会社の承認なしに客室手荷物として持ち込めず、160 ワット時 を超えるものは旅客機からまったく締め出されています。ノート型計算機や カメラ の電池にこの数値が印刷されているのも、携帯用の充電池がしきい値のすぐ下に収まるよう設計されているのも、そのためです。

小規模な発電もこの単位を使います。庭灯の太陽電池、環境から電力を集める センサー、自転車の発電機は、キロワット時 ではなく 1 日あたりの ワット時 を生み出します。電池 1 本で何年も動くように作られた低消費電力の電子回路は、ミリワット時 で見積もられます。

この単位は、キロワット時 に向けられるのと同じ批判を共有します。SI の整合的な仕事率の単位を、SI 以外の時間の単位と組み合わせているからです。厳密に SI で言えば正しい表し方は 3600 ジュール、すなわち 3.6 キロジュール であり、科学の文章は ジュール を使います。それ以外の場所では、機器の定格との実用的なつながりが勝ちます。

蓄電の設備は、家庭用の電池から系統規模の設備まで、同じ出発点から キロワット時、メガワット時 へと段を上がっていくので、この一族全体がひとつの計算を共有しています。

ここ で、よく ある 取り違え を ほどいておきましょう。電池 の 素子 は ふつう アンペア 時 か ミリ アンペア 時 で 表示 されますが、これら は 電荷 を測るもの で エネルギー ではありません。アンペア 時 が 同じ 二 つ の 素子 でも、電圧 が 違えば 蓄える 量 は かなり 異なります。アンペア 時 に 公称 の 電圧 を掛ければ ワット 時 が出ます。3.85 ボルト の 3000 ミリ アンペア 時 の 電話 の 素子 は およそ 11.6 ワット 時 をもちます。機器 どうし の 容量 の 比較 が ワット 時 でしか 意味 をもたない のも、航空 会社 が 上限 を ワット 時 で定めるのも、ミリ アンペア 時 で 宣伝 する 携帯 の 電源 が、自身 の 変換 の 損失 を数えれば その数値ほど 出せない ことがあるのも、その ためです。

1 ワット時 は、3600 ジュール、0.001 キロワット時、およそ 0.86 キロカロリー に等しくなります。