質問: 運動エネルギーと熱エネルギーについて教えてください。 物理学は門外漢です。 ただエネルギーは理論上消滅しないと思っています。 最近熱エネルギーが意外と大きいのではないかと思うようになりました。 それで、いろいろ計算方法を調べますが、全くわけがわかりません。 簡単な事例を示しますので、これで説明してもらえませんか。 100m四方の立方体に水が満タンに蓄えてあります。小さなダムと言えると思います。 この水を放水して全て流してしまうと、位置エネルギーが放出(平均高さ50m)されます。そのエネルギーがすべて水に吸収される(蒸発などは考えない)と、水の温度はどれだけ上昇するのでしょうか。 初心者にもわかるように解説してもらえませんか。 また、エネルギーの浪費がなく100%効率的に熱エネルギーが取り出せるとすれば、理論上、その温度差を利用して、上の量の水を元のダムに汲み上げることが出来る(位置エネルギー)のでしょうか。 よろしくお願いします。
回答: エネルギーがいつまでもそこに留まっていると考えるのはナンセンスです。仕事、エネルギー、熱(物理学では熱と熱エネルギーは違います)の用語をよく理解しなければなりません。特に仕事とエネルギーについては重要です。 まず、落下についてですが、 例えば毎秒1t(1000kg)の水が落ちたとします。 重力加速度(g)を9.8ms^-2、高さ(h)を50mとすると 仕事(W)は W=mgh=1000kg*9.8ms^-2*50m=490000J 仕事等量(J)を考えると J=4.2J/cal なので、 490000J/4.2(J/cal)=116667cal したがって水温の上昇は、水の比熱1で 熱量(cal)=比熱*質量(g)*温度変化(°C) より 温度変化(°C)=116667/(1*1000*1000g)=0.1 となります。 結局、水が1tだろうが10000tだろうが関係なく0.1°C上がるということです。 水しぶきで涼しくなったりするから、これを取り出すことは不可能だと思いますが。