エネルギー変換

エネルギーを変換する装置を操作しながら、あるエネルギーが他のエネルギーに変わることを体験しながら学ぶ。

仕事をすることができる能力を「エネルギー」と言います。ここでいう仕事とは、物体に力を加え、その力の向きに物体が移動したとき、その力と移動した距離をかけあわせた量を指します。

エネルギーには、力学的エネルギー、熱エネルギー、光エネルギー、電気エネルギー、化学エネルギー、核エネルギーなどがあります。たとえば、照明のLEDを使うと、電気エネルギーを光エネルギーと熱エネルギーに変換することができます。エネルギーは変換されても、その合計量は変わりません。これを「エネルギー保存の法則」と言います。

エネルギーの変換が重要な役割を果たしているのが発電所です。水力発電所ではダムを作り水をため、その水を下流に流す勢いで発電機のタービンを回し、電気を作っています。ダムにたまった水は力学的（位置）エネルギーを持ち、それを流すことで力学的（運動）エネルギーに変換され、発電機を通じて電気エネルギーに変わるのです。

似た仕組みの発電所として、揚水式水力発電所があります。これは、発電所の上部と下部に池を作り、電気が余っているときに下部の池から水を汲んで上部の池に水をため、電気が必要な時に上部の池から下部の池へ水を流して発電するという仕組みです。電気エネルギーを力学的エネルギーに変えてためておき、必要になったら力学的エネルギーを電気エネルギーに変換します。この方法は、電気エネルギーを一時的に蓄えておく仕組みとして使われます。

あるエネルギーを別のエネルギーに変えるとき、今の技術では100%の効率で行うことはできません。たとえば照明に使われるLEDでも、力学的エネルギー（位置エネルギー）をすべて光エネルギーに変えることはできません。また、自動車に使われるガソリンエンジンは、燃料であるガソリンが持つ化学エネルギーをエンジンの中で熱エネルギーに、そして力学的（運動）エネルギーに変えていますが、もとのエネルギーがすべて運動エネルギーに変わるわけではなく、それ以外は熱エネルギーとなって外に逃げてしまいます。