【中3理科】エネルギーの移り変わりのポイント

中学3年理科。今日はエネルギーの移り変わりや熱の伝わり方について学習します。どのような装置が何エネルギーを何エネルギーに変換しているのかを理解し、３つの熱の伝わり方をマスターしましょう。火力・水力・原子力の発電方法でのエネルギーの移り変わりも見ていきます。

エネルギーの移り変わり

下の図は、ガスバーナーでフラスコの水を加熱し、出てきた水蒸気で羽根車を回す装置です。羽根車にはおもりをつけた糸が巻き付けてあり、羽根車が回転すると糸が巻き取られ、おもりの位置が高くなっていきます。

このときのエネルギーの移り変わりを見ていきましょう。まずはガスバーナーから出るガスです。ガスに火をつけると燃焼し、高温になります。燃焼という化学変化で、ガスから熱エネルギーをとり出せました。ということは、ガスには何かしらのエネルギーがあったということになります。ガスのように、化学変化で取り出せるエネルギーを化学エネルギーといいます。

次に、ガスが燃焼し出てきた熱エネルギーですが、この熱によってフラスコ内の水が温められ沸騰し、水蒸気が発生しています。この水蒸気により羽根車が回転します。回転したということは運動エネルギーになったということですね。

最後に、羽根車が回転することで、おもりが巻き上げられます。おもりの位置が上昇したので、位置エネルギーが発生しました。

このように、ガスが持つ化学エネルギーが移り変わり、最終的におもりの位置エネルギーに変化しました。

エネルギーの変わり方

上の装置でのエネルギーの移り変わり方です。

1. ガス…化学エネルギー
   ↓
   燃焼（化学変化）
   ↓
2. 水…熱エネルギー
   ↓
   沸騰（水蒸気の発生）
   ↓
3. 羽根車…運動エネルギー
   ↓
   糸を巻き上げる
   ↓
4. おもり…位置エネルギー

このとき、熱エネルギーの一部は、空気中に逃げていることも覚えておきましょう。

いろいろな道具とエネルギーの変わり方

普段、生活の中で使っている道具は、さまざまなエネルギーを利用しています。これらの道具で、何エネルギーが何エネルギーに変換されているのかを確認しておきましょう。

火おこし器（火きり）

摩擦によって熱を発生させ、火を起こす器具です。

運動エネルギー→熱エネルギー

エンジン

車を動かすエンジンでは、ガソリンを燃焼させ発生した熱により車を動かしています。

熱エネルギー→運動エネルギー

発電機

発電機内には磁石とコイルがあり、発電機を回すことで電磁誘導を起こし電気を取り出しています。

運動エネルギー→電気エネルギー

モーター（電動機）

電流を流すことで、モーターが回転します。発電機とは逆の関係になっています。

電気エネルギー→運動エネルギー

電熱線（電気ストーブ）

電流を流すことで、発熱し熱くなります。

電気エネルギー→熱エネルギー

ペルチェ素子

2枚の金属板に電流を流すと温度差が生じ水を温めたり、水滴を凍らせたりすることができる装置です。逆に2枚の金属板に温度差を生じさせると、電流が取り出せます。

電気エネルギー↔熱エネルギー

スピーカー

電流が流れると、スピーカー内のコイルが振動し音が出ます。

電気エネルギー→音エネルギー

マイク

音（空気の振動）で電磁誘導を起こし、電流が流れます。

音エネルギー→電気エネルギー

豆電球

電流を流せば光ります。

電気エネルギー→光エネルギー

光電池

光をパネルに当てると、電流が流れます。

光エネルギー→電気エネルギー

ろうそく

火をつけると燃焼し、光や熱を出します。

化学エネルギー→光エネルギー＋熱エネルギー

光合成

植物は、日光を浴びてデンプンをつくりだします。デンプンの中には化学エネルギーがあります。

光エネルギー→化学エネルギー

以上がよく出る道具や装置です。