中3物理【エネルギーの移り変わり】

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1.エネルギーの移り変わり

エネルギーは道具によって移り変わっていきます。

例えば豆電球。
豆電球を動作させる(光らせる)には電気が必要です。
つまり豆電球に電気エネルギーを与えると光エネルギーが発生するのです。

言い換えると豆電球は電気エネルギーを光エネルギーに変換していると言えます。

豆電球以外にも多くの道具やことがらでエネルギーが移り変わっています。

電気をつくるもの

■電池・燃料電池
化学エネルギー→電気エネルギー

■手回し発電機
運動エネルギー(力学的エネルギー)→電気エネルギー

※手回し発電機の性質
手回し発電機はハンドルを回転させることで電磁誘導を引き起こしています。
そのため大きな電流を取り出したければ大きな力で回さなければいけません。
電流がたくさん流れる=電気抵抗が小さいものに電流を通そうとするほど大きな力が必要です。

■光電池
光エネルギー→電気エネルギー

動作に電気が必要なもの

■モーター
電気エネルギー→運動エネルギー(力学的エネルギー)

■電球・発光ダイオード
電気エネルギー→光エネルギー

■ポット・ヒーター
電気エネルギー→熱エネルギー

■スピーカー
電気エネルギー→音エネルギー

化学変化が関わっているもの

■光合成
光エネルギー→化学エネルギー

■電気分解
電気エネルギー→化学エネルギー

■化学カイロ
化学エネルギー→熱エネルギー

その他

■火起こし
力学的エネルギー→熱エネルギー

2.エネルギーの保存

豆電球に電気エネルギーを与えたとしましょう。
すると豆電球は光ります。(光エネルギーに変換される)

ここで豆電球をさわってみると熱いですよね。(蛍光灯とかめっちゃ熱いです)
つまり熱エネルギーが生じているのです。

豆電球は電気エネルギーを光エネルギーに変換します。

しかし得た電気エネルギーを100%光エネルギーに変換するのではなく、一部は目的外の熱エネルギーに変換されてしまいます。

このとき
豆電球が得た光エネルギー=電気エネルギー+熱エネルギー
となっています。

目的外のエネルギーに変換されるものも含め、エネルギーの総量は変化しません
これをエネルギーの保存(エネルギー保存の法則)といいます。
(力学的エネルギーの保存とごっちゃにしない!)

ほかにもテレビという例を考えてみましょう。

テレビを動作させるには電気エネルギーが必要です。

テレビが動作すると画面が映ります。(光エネルギー)
また音声が聞こえます。(音エネルギー)
さわると熱をもっているのがわかります。(熱エネルギー)

つまり
電気エネルギー=光エネルギー+音エネルギー+熱エネルギー
となっているのです。(↓の図)

■エネルギーの保存(エネルギー保存の法則)
目的外のエネルギーに変換されるものも含めて考えると、エネルギーの総量は変わらないこと。

■変換効率
与えたエネルギーをどれだけ目的のエネルギーに変換できるかの割合。
$$変換効率(%)=\frac{目的のエネルギー}{与えたエネルギー}×100$$

3.熱の伝わり方

■伝導
物質が移動することなく、物質の中を熱が伝わる現象。
例:フライパンをあたためると全体に熱が伝わる。

■対流
物質が移動して全体に熱が伝わる現象。
例:水の一部を加熱すると、その水が移動(=対流)することで全体に熱が伝わる。

■放射
光源や熱源から距離をへだてて、はなれたところまで熱が伝わる現象。
例:太陽の光によって地面があたたかくなる。
例:電気ストーブによってからだがあたたまる。

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