エネルギーの変換と保存

力学的エネルギー、熱エネルギー、電気エネルギー、光エネルギー、化学エネルギー、核エネルギー

化学エネルギーは燃料や電池などの物質がたくわえているエネルギー、核エネルギーは原子核がたくわえているエネルギー。単位はどれもジュール（$\mathrm{J}$）。

エネルギーがある形から別の形に移り変わっても、その総量は変わらないこと

力学的エネルギーだけを見ると摩擦で減るが、発生した熱まで含めて数えれば、全体の量は変わっていない。

モーターは電気エネルギーを力学的エネルギー（運動エネルギー）に、発電機は力学的エネルギーを電気エネルギーに変える

変換の向きがちょうど逆になっている。水力・火力・原子力・風力は、どれも最後に発電機を回して電気を取り出す。

変換のたびに一部が熱になって周りに散らばり、その熱は集めて再び利用することが難しいから

無くなるのではなく、利用しにくい形になる。散らばった熱がひとりでに集まって、元の電気や運動のエネルギーに戻ることはない。

投入したエネルギーのうち、目的の形のエネルギーに変わった割合

例えば $100\mathrm{J}$ の光エネルギーから $20\mathrm{J}$ の電気エネルギーが得られれば、変換効率は 20 %。残りは主に熱になる。

水の位置エネルギー、水の運動エネルギー、水車（タービン）の運動エネルギー、電気エネルギーの順

ダムなどの高いところにためた水を落とし、その勢いで水車を回して発電機を動かす。落差が大きく、水の量が多いほど、多くの電気が得られる。

化石燃料の化学エネルギー、熱エネルギー、タービンの運動エネルギー、電気エネルギーの順

燃料を燃やした熱で水を高温・高圧の水蒸気にし、その水蒸気でタービンを回して発電機を動かす。

核エネルギー、熱エネルギー、タービンの運動エネルギー、電気エネルギーの順

ウランなどの原子核が核分裂するときに出る熱で水蒸気をつくる。水蒸気でタービンを回すところから先は、火力発電と同じ。

太陽電池が、光エネルギーを直接、電気エネルギーに変える。タービンも発電機も使わない

得られる電気は直流なので、家庭や送電線で使うときは交流に変換する。

共通点は、熱で水蒸気をつくってタービンを回し、発電機で電気にすること。違いは熱のつくり方で、火力は燃料の燃焼、原子力は核分裂

火力発電は燃焼で二酸化炭素を出す。原子力発電は発電のときに二酸化炭素を出さないが、放射線を出す放射性物質を扱うので厳重な管理が要る。

石炭・石油・天然ガスなど、大昔の生物がもとになってできた燃料。埋蔵量に限りがあり、燃やすと二酸化炭素が出る

化石燃料がたくわえている化学エネルギーは、もとをたどると、大昔の植物が光合成でとり入れた太陽の光エネルギーである。

自然の中でくり返し補われ、使ってもなくならないエネルギー。太陽光、風力、水力、地熱など

水力は、太陽の熱で蒸発した水が雨となって高いところに戻るので、くり返し使える。風も、太陽の熱による空気の動きである。

天候や時刻によって発電量が変わり、必要なときに必要な量を得にくいこと

発電した電気をためておく蓄電池と組み合わせるなどの工夫をして使う。