• 「エネルギー」、「仕事」、｢熱｣
    • 今は目に見えないけれど、あとから、ものにダメージを与えることのできる潜在的な能力、のことを、｢エネルギー｣と呼んでいる。
      ｢エネルギー｣にはさまざまな形がある。
      • 重力による位置エネルギー：高いところに置いてあるものは、それだけで、危ない。もし、落ちてきたら、そこにあるものが壊れるじゃないか！
      • 運動エネルギー：動いているものは、止まっているものよりも、それだけで、危ない。もし、ぶつかったら、止まっているものにぶつかった場合より、ダメージが大きいじゃないか！
      • ・・・
    • ｢エネルギー｣は形を変える。
      • 化学反応によって電子が移動すると、｢電気的エネルギー｣が発生する。これを、｢化学的エネルギー｣が｢電気的エネルギー｣に形を変えた、という。
      • 電子が物体の中を移動すると、まわりの物体と相互作用をして、｢熱｣や｢光｣が発生する。これを｢電気的エネルギー｣が｢熱エネルギー｣や｢光エネルギー｣に形を変えた、という。
      • 電子の作用は、物体の動きを作り出すことができる。これを｢電気的エネルギー｣が｢力学的エネルギー｣に形を変えた、という。
      • 物体に熱が加わると、物体を構成する粒子(原子、分子)の運動が激しくなる。物体の形が変形して、これを動きに変えることができる。｢熱エネルギー｣が｢力学的エネルギー｣に形を変えた。
      • 太陽電池では、｢光エネルギー｣から直接電子の動きを作り出し、｢電気的エネルギー｣に変えている。
      • 緑色植物は光合成をして、太陽の｢光エネルギー｣を糖という化学物質の結合の中に閉じ込めている。｢光エネルギー｣が｢化学的エネルギー｣に変わった。
      • 動物は、その植物が作った｢化学的エネルギー｣を食物として取り込んで、｢力学的エネルギー｣や｢熱エネルギー｣に変えて、生きている。
      • ・・・




    • 形を変えているけれど、本当は、同じもの、なのならば、それらは、
      1. 同じ単位で測ることができ、
      2. 互いにどんな割合で、変換できるかを、計算できなければならない。
      ｢エネルギー｣の単位
      [J=N・m]
      (ジュール)

      「力」の単位
      [N=kg・m/s2]
      (ニュートン)

    • ニュートンが発見した｢運動の法則｣は、物体に力が加わると｢加速度[m/s2]｣が発生する、というものだ。
      地球上の物体にはすべて地球の｢重力｣という力がかかっていて、それによって発生する加速度は、地表面付近では常に9.8[m/s2]なのだ。
      これを重力加速度と呼び、gと書く。
      1キログラム[kg]の物体には常に9.8[m/s2]の加速度が発生しているわけで、(だから、手を離せば、物は、落ちる！)その力を、いちいち9.8kgm/2などと書くのは面倒なので(！)、1[N]と書くことにした。
      「質量」m[kg]の物体に作用する｢重力｣は
      mg
      単位は[N]



  • ｢仕事｣の定義
    • [J]という単位のつくりを見ればわかるように、
      ｢エネルギー｣の単位
      [J=N・m]
      (ジュール)

      ｢仕事｣の定義
      ｢力｣×｢(その方向の)移動距離｣

    • では、これを使って、｢重力による位置エネルギー｣を計算することができる！

      重力による位置エネルギー：高いところに置いてあるものは、それだけで、危ない。もし、落ちてきたら、そこにあるものが壊れるじゃないか！

      では、誰がいったいそんな高いところまで運んだのだ？
      誰かが、｢重力｣に逆らって仕事をして、それが物体に蓄えられて、｢エネルギー｣となった！、だから、
      ｢重力による位置エネルギー｣
      mgh
      単位は[J]、hは高さ[m]

    • ｢運動エネルギー｣は、もう少し複雑な計算になるが、やはり、

      運動エネルギー：動いているものは、止まっているものよりも、それだけで、危ない。もし、ぶつかったら、止まっているものにぶつかった場合より、ダメージが大きいじゃないか！

      これも誰かが仕事をして、そんな速度にまでしてしまったからだ！
      ｢運動エネルギー｣
      mv2
      単位は[J]、vは速さ[m/s]

  • (力学的)エネルギー保存則
    1. 重力による位置エネルギー：mgh
      質量m、基準面からの高さhに比例する(比例係数を「重力加速度」gという)
    2. 運動エネルギー：mv2
      質量m、速さvの2乗、に比例する
    • ｢外部｣との他のエネルギーのやり取りがないときは、i,iiの合計は一定である
    • ｢外部｣の例：動摩擦力による｢仕事｣
      • 動摩擦力μ'mg(質量mに比例)
      • ｢仕事｣＝｢力｣×｢距離｣
      動摩擦力のした｢仕事｣は、｢熱エネルギー｣となって、まわりの空気の分子の｢運動エネルギー｣などに形を変えて、どこかへいってしまう。だから｢保存｣されない！

























      【例題】
      • 摩擦のない場合
        1. 斜面に沿って一定の力F[N]を加えて、質量m[kg]の物体をBからAまで引き上げた。AB間の距離をl[m]とすると、
          その｢仕事｣[J]の大きさは？
        2. その｢仕事｣は、A点で手を離したとき、何に変わった？
        3. A点からB点に移動する間の、｢重力による位置エネルギー｣、｢運動エネルギー｣、｢力学的全エネルギー｣の様子をグラフに表せ。
      • 摩擦のある場合
        1. A点まで持ち上げてから手を離す。
          B点に滑り降りるまでに動摩擦力はμ'mgcosθという一定の値になる。
          AB間の距離をl[m]とすると、動摩擦力のした｢仕事｣[J]の大きさは？
        2. A点からB点に移動する間の、｢重力による位置エネルギー｣、｢運動エネルギー｣、｢力学的全エネルギー｣の様子をグラフに表せ。








    • ｢熱｣と｢エネルギー｣と、｢温度｣の関係
      • 物体に｢熱エネルギー｣が加えられると、その物体を構成する粒子の｢運動エネルギー｣が大きくなって、｢温度｣が上がる。
      • 加えられた｢熱エネルギー｣の大きさと、｢温度変化｣は、比例する。
        ｢熱エネルギー｣と｢温度｣の関係
        Q=mCt
        • Q[J]:熱量
        • m[kg]:物体の質量
        • C[J/kg/]:比熱
        • t[]:温度変化


    • ｢電気的エネルギー｣の計算
      • ｢電力｣とは、単位時間(1秒)あたりに発生する、｢電気的エネルギー｣のことだ！
      • ｢電圧｣と｢電流｣を掛け算すれば、これが計算できる！ [kWh](キロワット時)というのを｢エネルギー｣の単位にしている。
        ｢電力｣＝｢仕事率｣の単位
        [W=V・A=J/s]
        (ワット)
        • [V]:電圧
        • [A]:電流
        • [s]:時間(秒)

      • ｢電力｣に｢時間｣をかければ、｢エネルギー｣になる。ただ、世の中では、｢秒｣で計算すると小さすぎるので、｢時間｣を用いて、
        ｢仕事｣の単位
        1[kWh]=1×103×602[J]









    • 「中和」の本質
      • ｢酸｣から放出された水素イオンと、
      • ｢塩基｣から放出された水酸化物イオンとが、
      • 1個ずつ結合すると、1個の水分子になる。
      「中和」の本質
      H++OH-→H2O

      • 強い｢酸｣はたくさんの水素イオンを出すことができる。
      • 強い｢塩基｣はたくさんの水酸化物イオンを出すことができる。
      • 本当は｢電離度｣という複雑な問題があるのだが、
        ｢酸｣や｢塩基｣の濃度が濃ければ、それだけたくさんの水素イオン、水酸化物イオンを出すことができる、と、一応、いえる。
      • たとえば、｢酸｣に｢塩基｣を加えていくとき、初めにあった水素イオンと、加えた水酸化物イオンの個数がちょうど同じになり、
        水溶液中にイオンがほとんどなくなった状態が、｢中和｣である。