エネルギーの種類と物質

エネルギー化学特論 Web Class syllabus 56339 4-211 C1

前世紀において電気は何物ぞ、物質かエネルギーかという問題が流行した。電気窃取罪の鑑定人として物理学者が法廷に立った事もある。二十世紀の今日においては電気の疑問が電子に移った。電子は連続的のものでなくて粒から成り立っている。一電子の有する電気以下の少量の電気はどこにも得る事が出来ぬ。あらゆる電気はこの微粒の整数倍であるという事になった。それで電気を盗むのはこの電子の莫大な粒数を盗むのである。そこでその電子は物質かエネルギーか。
寺田寅彦, 物質とエネルギーより

今では、省エネだとか、再生可能エネルギーとか日常的にエネルギーという言葉が使われます。しかし、人類が火を使い始めてっからエネルギーの考え方にたどりつくには、ずいぶんと時間がかかりました。今からわずか１５０年ほど前の話です。大学で専門科目を学んだからこそ、見えてくるエネルギーの本質について議論していきましょう。

表 29 エネルギーの種類

	示強変数	示量変数	物質量あたり	粒子あたり

化学エネルギー`G`〔J〕	化学ポテンシャル	物質量〔mol〕	アボガドロ数
熱エネルギー `Q` 〔J〕	温度 `T` 〔K〕	エントロピー `S` 〔J/K〕	気体定数 `R` 〔J/K・mol〕	ボルツマン定数 `k_B` 〔J/K〕
力学的エネルギー `E` 〔J〕	圧力 `p` 〔Pa〕	体積 `V` 〔m³〕	理想気体のモル体積 `x` 〔L/mol〕
電気エネルギー `E` 〔J〕	電圧 `V` 〔V〕	電気量 `Q` 〔C〕	ファラデー定数 `F` 〔C/mol〕	電気素量 `e` 〔C〕
光エネルギー `E` 〔J〕	振動数 `ν` 〔Hz〕			プランク定数 `h` 〔J・s〕

エネルギー化学エネルギー化学特論

帆船の時代～時計の発明～

再生可能エネルギー・・・といっても風力しかなかったこの時代、精度のよい時計が発明されました。そして加速度や力、仕事といった概念が確立されました。ニュートン力学の誕生です。

図

産業革命～蒸気機関の発明～

人類は石炭を燃やして動力を得る方法を発見しました。熱力学の誕生です。

Q = T S (数式-1)

$S=k \ln{W}$

W = P V (数式- 2 )

電気～電池と発電機の発明～

１９世紀初頭、人類は電池と発電機を発明し、化学反応や動力から電気エネルギーを得る方法を見つけました。電磁気学の誕生です。

E = Q V (3)

製鉄の温度と電子の発見

さらに強い兵器を求めて製鉄を始めます。鉄の融点は１５００度。その温度を光の色から正確に測ろうとします。量子力学の誕生です。

$E=h\nu$

E = h ν (*)

図 194
黒体放射

©K.Tachibana

https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/56307/_01/BlackBodyRadiation.asp

究極のエネルギー原子力。原子核物理学の誕生です。原子炉一基あたりの発電量はおよそ 1,000,000kW です。

禁断のエネルギー、原子力

E = m c² (*)

究極のエネルギー原子力。原子核物理学の誕生です。原子炉一基あたりの発電量はおよそ 1,000,000kW です。

参考文献( 書籍・雑誌・URL )

エネルギーとは仕事をするのに使う「何か」です。仕事は力でモノを動かすことです。力を入れてもモノが動かななければ仕事をしたことになりません。仕事をしていないのだから、エネルギーも使わなかったことになります。

重いモノを持ってみます。もちろん、持ち上げるときは、持ち上げた分だけ動かしているのだから、仕事をしたことになります。では、持ち上げ終わったあとはどうでしょう。ただ手に持って動かさないのでは、いくら力を入れていても仕事をしたことにはなりません。でも、思いモノを持ち続けると、疲れてきます。このときエネルギーは使っていないのでしょうか？

平常演習 Web Class

荷物をずっと持っていると疲れるのはなぜか？

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