エネルギーの流れを入力・有用・その他に分けよう

効率の式を使う前に、エネルギーの流れを図にします。入力の矢印を、目的に使われた有用な出力と、それ以外へ分けると、分子と分母を取り違えにくくなります。

このレッスンの役割

「エネルギー変換の効率」の第3段階です。前のレッスンで入力と水の受熱を測る方法を学びました。今回はエネルギー保存を保ったまま、入力＝有用出力＋その他の出力というモデルを作ります。次へ、割合を百分率で計算する意味を渡します。

知る：矢印の幅でエネルギー量を表す

このように矢印の幅をエネルギー量に対応させた図をサンキー図と呼びます。入力の全幅と、分かれた出力の幅の和が一致します。その他の出力は「なくなったエネルギー」ではありません。

理解する：有用な出力は目的によって決まる

モーターの目的が物体を持ち上げることなら、位置エネルギーの増加が有用出力です。音や熱はその他の出力です。ヒーターの目的が部屋を温めることなら熱が有用ですが、冷蔵庫では庫内へ入る熱を外へ移す働きが目的です。

したがって「光は有用、熱は損失」と固定しません。最初に装置の目的を一文で定義します。同じ装置でも使い方が違えば、有用とみなす出力の範囲が変わることがあります。

例で使い、よくある誤答を直そう

入力1200 Jのうち、水が900 J、容器が180 J、周囲が120 Jを受け取ったとします。水を温める目的なら有用出力は900 J、その他は300 Jです。1200＝900＋180＋120で収支が合います。

もし出力の合計が入力より大きいなら、測定値、初期温度、時間、単位、外部から入ったエネルギーを点検します。エネルギー保存を破ると結論する前に、系の範囲と測定を見直します。

自分で確かめ、まとめて次へ進もう

エネルギー収支は入力＝有用出力＋その他の出力です。次は有用出力が入力の何割かを百分率で表します。

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。