理科ラボ

物理基礎｜エネルギー（1）エネルギーの変換と保存

エネルギーは姿を変えても、合計は変わらない

電気・光・熱・運動・位置などのエネルギーは、たがいに姿を変えます。目的のエネルギーになった割合が変換効率、全部を足すと入れた量と同じ、というのがエネルギー保存の法則です。中学のふり返りから始めて、予想してから5つのステップで確かめよう。

ことばの準備

さきに知っておくこと

    ステップ1

    電球は、電気エネルギーを何に変える？

    予想：電球に電流を流すと明るくなり、さわると温かい。電球は、電気エネルギーを何に変えている？

    色：青＝電気、黄＝光、赤＝熱、緑＝運動、灰＝音。g ＝ 9.8 m/s²。

    予想を選ぶと、ここで条件を変えられるようになります。

    公式

    この単元の式

    名前式ことばで言うと・単位
    変換効率η = E目的 / E入効率 ＝ 目的のエネルギー ÷ 入れたエネルギーη（イータ）。100 をかけると %
    エネルギー保存E入 = E目的 + Eその他入れた量 ＝ 出てきた量の合計その他（熱・音など）もふくめて足す
    目的のエネルギーの例mgh, ½mv2, Q = mcΔT前の単元の式で求める持ち上げる・動かす・温める

    効率の問題は、①目的のエネルギーを前の単元の式で計算 ②入れたエネルギーで割る、の 2 段階。

    重要語句

    この単元でおさえること

    確認問題へ問題ページへ →実験道具：発電のしくみいろいろな発電で、エネルギーの変換を調べよう →

    実験のあとに読む

    なぜ「エネルギーが足りない」と言うのか

    何を比べる？

    器具ごとのエネルギーの流れ、LED と白熱電球の効率、使う電気エネルギーを変えたときのモーターの効率、器具ごとの出てきたエネルギーの合計、発電機の熱の量と効率を比べます。

    結果をどう考える？

    エネルギーの量は保存されるのに「エネルギー不足」と言うのは、使いやすい形のエネルギー（電気や燃料の化学エネルギー）が、使ううちに使いにくい熱に変わってしまうからです。だから、効率の高い器具（LED など）を使って、目的にならない熱を減らすことが省エネになります。

    まちがえやすい点・モデルの条件

    「効率が 90% なら、10% のエネルギーは消えた」はまちがいです。エネルギーは消えず、熱などになってまわりに広がっています。

    制作：現役の理科教員 ／ 制作の考え方