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よく耳にしますが、エネルギーとは何でしょうか

この記事の所要時間: 342

素朴な疑問ですが、エネルギーとは何でしょうか。
何気なく、意識せずに使ってしまいますね。
エネルギーという用語を。
しかしわかったようなわからないような話です。
ではエネルギーとは、いったい何なのでしょうか。

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物理の教科書では

高校物理の教科書によれば、エネルギーとは、
他の物体に仕事をすることのできる能力!

なぜか曖昧な定義を与えています。
これで納得できる人はいるのでしょうか。
そもそも能力とは何か?
こちらも極めて抽象的な表現ですね。
厳密な科学であるはずのエネルギーは、
単なる概念に過ぎないのでしょうか。

エネルギーは質量である

アインシュタインの有名な式があります。
E=mc
ここでEは、エネルギーです。
またmは、物質の質量です。質量については後述します。
そしてcは、光の速さです。
つまりこの式の示す意味は、
エネルギーは質量に比例する!
それも光速という大きな定数を伴って。

なお光速とは秒速30万キロメートルです。
それの2乗を掛け合わせるのですから、
莫大なエネルギーになります。
ちなみに1グラムの1円玉が持つエネルギーは?
東京ドーム1杯分の水を約20度温めることができるとか。
だからこそ目に見えない極微小な核物質が、
莫大な電気や爆発力を生み出すのです。

質量とは「動きにくさ」

ちょっと面倒な話ですが、質量と重さは別物です。
重さは、重力が関係してくるからです。
つまり重さは、場所によって変わります。
しかし質量は、どこで測っても同じです。
科学的な話をする場合には、質量という用語を使います。
大きく考えれば、重さとイメージしてもよいでしょう。
では質量とは何か?
物の動きにくさ!
わかりやすく説明すると、
重いものは動かしにくい!
数年前にヒッグス粒子が注目されました。覚えていますか?
これこそ物に質量を与える源です。
こちらも厳密には、ヒッグス場!
磁場のようなイメージをした方が理解しやすいでしょう。
磁力が強いと、それに逆らって動きづらい!
ヒッグス粒子が多いと動きづらい!重くなる!
動かすには力がいる!それがエネルギーなのです。

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エネルギーの源は太陽です

地球にあるエネルギーの源は、太陽です。
太陽から光と熱のエネルギーが、地球に届きます。
植物はそれを使って光合成し、栄養分を作り出します。
作った栄養分を元にして呼吸し、
活動のためのエネルギーを生み出しています。
ちょっと非効率なことをしています。
もちろん直接太陽を浴びて、熱エネルギーを受け取ります。
冬でも日に当たると身体が温まりますね。

エネルギーは最終的に熱となる

エネルギーは様々な状態に変換できます。例えば、
石油の持つ化学エネルギーから電気エネルギーを作ります。
そうしてどんどんエネルギーは変換しますが、
最終的にはすべてが熱エネルギーとして放散されます。
宇宙空間に広がって行きます。
とはいえ宇宙は極低温であり広大です。
人間が生きている間は、宇宙が暑くなることはないようです。

人間の持つエネルギーとは

人間が日々生きるためには、エネルギーが必要です。
それを呼吸によって取り出しています。
なお生物学では、細胞内でエネルギーを取り出す働きを呼吸と呼びます。
わかりやすくこちらを内呼吸と呼ぶことがあります。
つまり息を吸ったり吐くことは、外呼吸です。
具体的に言えば、体内にあるエネルギーとは、
アデノシン3リン酸(ATP)と呼ばれる物質内に蓄えられています。
アデノシン2リン酸(ADP)とリン酸からATPが作られる際に、
約30.5kJのエネルギーが使われます。

逆にこれを分解する時に、同量のエネルギーが生み出されます。
このエネルギーを使って、動いたりしているのです。

エネルギーはなくならないのか

素朴な疑問として、エネルギーはなくならないのでしょうか。
人間のレベルで考える限り、その心配はないようです。
太陽は、後50億年以上働き続けると予測されているからです。
人類の歴史は、たかだか数百万年です。

なお未だ辻褄の合わない点もありますが、
それを理解するには量子レベルの話が必要になります。
だからこそ高校レベルでは、曖昧になってしまうのでしょう。

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たくと
たくと
生まれつき無関心な子供はいない! そう信じ、学習塾や講習会などで、 科学を楽しく解説しようと日々奮闘しています。 半世紀生きていますが、 気持ちは、今でも夢見る少年です。

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