質問: 滝つぼに落ちる水のエネルギー ビクトリアの滝やナイヤガラ等、巨大な滝の落差のエネルギーは大変大きいように思います。 もし水力発電すればと思いますが、私の質問は使わなかったエネルギーはどこへ行くのでしょうかということです。 常識的には水温上昇のようにも思いますが良く分かりません。落差がどちらも100m以下ですが仮に1000mくらいの落差の滝があり、水量も豊富で雨のようにならず、どっと滝つぼに落下すれば位置エネルギーは瞬間的に失われます。水は暑くなり熱くなり潜熱を吸収して蒸発してしまうのでしょうか。まるで水蒸気爆発を想像します。 モデルは単純化します。滝つぼの水掃けは極めて良く、地面の熱伝導も十分悪いとします。 いつも滝を見るとこの無駄に使ったエネルギーはどこへ行くのだろうと思っています。
回答: 既に計算してくださっておられる回答もありますし、過去回答を探しても、同様です。特に蒸発となると、温度一定で潜熱も必要です。 正直、100mでも1000mでも、落ちただけでは熱力学的は大した現象とは言えません。 しかし、水力発電は大きな電力を生み出しています。持ち上げるにしても、バケツ1杯でも重いものです。 熱を考えない力学では、大きな力学的エネルギーを必要とします。もちろん、換算すれば温度差は大したことは無いでしょう。それは既に計算で示されています。 ここが、「熱は質の悪いエネルギー」と言われる理由があります。高温から低温に熱を移すことによって、何かの動力にするのは効率が悪いのです。 蒸気機関は、たとえ温度の高い原子力でも効率は良くないのです。だから、そうですね、たとえば自動車はガソリンや軽油の化学エネルギーを使っています。 温度差を使うなら、その最大の効率は高温源の温度をt1、低温源の温度をt2とすれば、(t1-t2)/t2です。温度は絶対温度です。もし摂氏100度と摂氏0度なら、最大の効率は37%に届きません。しかも、この効率に近づくためには「限りなくゆっくり」でないといけません。実用にする速さなら、いくらでも効率は落ちて行きます。 水が落ちて行くといった力学的エネルギーはどうか。騒音を含む摩擦さえなければ、最大100%です。温度も何もありません。ボールベアリングや潤滑油で、いくらでも効率100%に近づけます。いくら速くしても何の問題もありません。 それが、滝が水に落ちることを利用して大きな電力を生み出せる水力発電であるし、その水力発電で落ちる水の水温を気にしなくてもいい理由だったりします。