一次エネルギーの変換と保存
カワウソ先生エネルギーには色々な形があるけど、名前が変わっても量そのものは消えたり増えたりしないよ。
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- 水力・化石（新しいタブで開きます）燃料・原子力・太陽光・風力などの一次エネルギー資源は、発電によって主に電気エネルギーに変換されて利用される。
- エネルギーには運動・位置・熱・電気・化学・核エネルギーなど様々な形があり、互いに変換できる。変換の前後でエネルギーの総量は変わらない（エネルギー保存の法則）。
- 電気エネルギーの量（電力量（新しいタブで開きます））は、電力P〔W〕と時間t〔s〕の積W＝Ptで表され、単位はJ（ジュール）。家庭の電気料金では、1kWの電力を1時間使った電力量1kWh（＝3.6×10⁶J）が使われる。
詳しく
一次エネルギーの変換と電力量の式
人類が利用できる一次エネルギーは、水力・化石燃料（石炭・石油・天然ガス）・原子力・太陽光・風力など様々だ。これらの多くは、発電によって電気エネルギーに変換されてから使われている。
エネルギーには、運動エネルギー（新しいタブで開きます）・位置エネルギー・熱エネルギー・電気エネルギー・化学エネルギー・核エネルギーなど様々な形がある。発電機（新しいタブで開きます）は運動エネルギーを電気エネルギーに変え、原子力発電（新しいタブで開きます）は核エネルギーを熱エネルギーに変えてから電気エネルギーに変える。
どんな形に変換しても、変換の前後でエネルギーの総量は変わらない。これをエネルギー保存の法則という（変換の途中で目的以外の熱になって散らばる分はあるが、それも含めた総量は変わらない）。
電気エネルギーの量（電力量）は、電力〔W〕と時間〔s〕の積で求められ、単位はJ（ジュール）。家庭では、1kWの電力を1時間使った電力量1kWh（＝3.6×10⁶J）がよく使われる。
例題：電気ストーブと太陽光パネルの電力量
例題1：1000Wの電気ストーブを2時間（7200秒）使った。電力量は7.2×10⁶J。kWhで表すと、1000W＝1kWを2時間使ったので2.0kWh。
例題2：出力300Wの太陽光パネルが5時間発電した。電力量はWh＝1.5kWhで、Jに直すと5.4×10⁶J。
例題3：500Wの電気ヒーターを3時間使ったときの電力量は、Wh＝1.5kWh。Jでは5.4×10⁶Jで、例題2と同じ値になる。
なぜ電気エネルギーに変換するのか
水力・化石燃料・原子力など発生（新しいタブで開きます）する場所が限られるエネルギーも、電気エネルギーに変換すれば送電線で遠くまで運べ、モーターや照明、情報機器など様々な用途にそのまま使える。多くのエネルギーをいったん電気エネルギーに変えて使うのはこのためだ。
変換の前後で総量は変わらないが、目的のエネルギーにすべてが変わるわけではない。発電機や送電線では摩擦や電気抵抗によって一部が熱エネルギーとして逃げ、目的とは違う形に変わる（この割合は変換効率（新しいタブで開きます）として、中学校のページ「エネルギーの変換と保存」で学習済み）。
核エネルギーは、ごく少量の質量から非常に大きなエネルギーを取り出せる点が、化学エネルギー（化石燃料の燃焼（新しいタブで開きます））と大きく異なる。このしくみは次のページ「核分裂反応・核融合反応と質量とエネルギー（新しいタブで開きます）」で確かめる。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/energy-conversion-and-conservation/?from=print#quiz
電力2000Wの電気ケトルを3分間（180秒）使ったときの電力量は何Jか。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：360000
電力量（新しいタブで開きます）W＝Pt＝2000×180＝3.6×10⁵J。電力500Wの電気ヒーターを2時間使ったときの電力量は何kWhか。
答え：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
正解：1
500W＝0.5kWを2時間使ったので、電力量＝0.5×2＝1.0kWh。電気ストーブで電気エネルギーを熱エネルギーに変換したとき、変換の前後でエネルギーの総量はどうなるか。
- ◯ すべて失われる
- ◯ 2倍になる
- ◯ 変わらない
- ◯ 半分になる
正解：変わらない
エネルギー保存の法則により、形が変わっても変換の前後でエネルギーの総量は変わらない。水力・原子力・太陽光・電気のうち、一次エネルギーに当てはまらないものはどれか。
- ◯ 原子力
- ◯ 電気
- ◯ 太陽光
- ◯ 水力
正解：電気
一次エネルギーは自然から得られるそのままの形のエネルギー。電気は発電によって作られる二次エネルギーなので当てはまらない。
単元のポイント
- 電力量の式 W＝Pt（Pは電力〔W〕、tは時間〔s〕、Wは電力量〔J〕）
- エネルギー保存の法則 エネルギーを変換しても、その前後で総量は変わらない
- 1kWh 1kWの電力を1時間使った電力量。1kWh＝3.6×10⁶J
- 一次エネルギー 水力・化石燃料・原子力・太陽光・風力など、自然から得られるそのままの形のエネルギー資源