中3理科「エネルギーの移り変わり」要点まとめノート

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中3理科「いろいろなエネルギーとその保存・利用効率」についてまとめています。「いろいろなエネルギーとその保存・利用効率」に関して、エネルギーの移り変わりや熱エネルギーの効率的な利用などにもふれています。それでは、中3理科「いろいろなエネルギーとその保存・利用効率」です。

いろいろなエネルギー

エネルギーには、

  • 変形したゴムやばねがもっている弾性エネルギー
  • 電気がもつ電気エネルギー
  • 熱がもつ熱エネルギー
  • 光がもつ光エネルギー
  • 物質がもっている化学エネルギー

などがあります。

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エネルギーの大きさ

電気エネルギーなどの大きさも、力学的エネルギーと同じように、ジュールを用いて表します。

エネルギーの移り変わり

エネルギーの移り変わりを調べる実験です。

<手順>

  1. 手回し発電機を回して豆電球を光らせます。
  2. 水を入れたポットを振り続けます。
  3. 発光ダイオードに光をあてます。

<結果>

  • 手回し発電機によって、運動エネルギーが電気エネルギーに変わる。さらに光エネルギーに変わって豆電球が光る。
  • 運動エネルギーが熱エネルギーに移り変わり、水の温度が上がる。
  • 光エネルギーが電気エネルギーに変わり、電子オルゴールがなる。

このように、エネルギーは、たがいにほかのエネルギーに変わります。

<例>

  • 運動→電気(手回し発電機)
  • 光→電気(太陽電池)
  • 運動→熱(火おこし器)
  • 熱→電気(ベルチェ素子)

エネルギーの保存と利用の効率

エネルギーの保存は、エネルギーはたがいに移り変わっても、エネルギーの総和は変化しません。ジェットコースターの運動では、摩擦力や空気の抵抗などのため、力学的エネルギーの一部が熱や音などのエネルギーに変わり力学的エネルギーは保存されません。しかし。この場合でも、熱や音などのすべてのエネルギーへの移り変わりを考えると、エネルギーの総和は一定です。

  • エネルギーの利用…変換するときに生じる不要なエネルギーをできるさけ少なくすることが重要です。

エネルギーの効率

エネルギーの効率は、消費したエネルギーに対して、利用できるエネルギーの割合。電球形蛍光灯や電球形発光ダイオードは、消費した電気エネルギーが光エネルギーに変わる割合が白熱電球より大きいもので、白熱電球よりもエネルギー効率がいいです。

熱エネルギーの効率的な利用

熱には次の3つの伝わり方があります。

  • 伝導(熱伝導)…熱が温度の高いほうから低いほうへ移動する現象。金属のように熱伝導率が高いものと、空気のように熱伝導率が低いものがあります。
  • 対流…物体が循環して熱が伝わる現象。加熱された水は膨張して密度が小さくなって上部へ移動し、上部の冷たい水と入れかわります。
  • 放射(熱放射)…高温の物体から出ている赤外線によって、熱が運ばれる現象。熱したアイロンから離れたところにある物体が温まる現象です。

くらしを支える科学技術

衣食住と科学技術

  • 品種改良…栽培がしやすく、利用がしやすい作物をつくる努力が続けられてきました。
  • 化学肥料…作物の収穫量を上げ、ふえ続ける世界人口を支えてきました。
  • 新素材…合成繊維やプラスチックなどすぐれた性質の素材が開発され、くらしがより快適になりました。

移動・輸送の科学技術

18世紀後半に、ワットの蒸気機関が開発されてから、大量の人や品物を高速で運ぶ機会が次々に考案され、人間活動と産業活動がさかんになりました。

情報・通信と科学技術

  • コンピュータ…20世紀ごろから、シリコンなどを使うエレクトロニクスとそれを活用するコンピュータが発達しました。天気予想や商品管理などに使われています。
  • ノートパソコンと携帯電話…ソフトウェアの革新が進み、インターネットを通じて世界中につながるようになりました。

大切なエネルギー資源

くらしとエネルギー

日本人一人あたりのエネルギー消費率は、家庭や自動車、産業などで使われているものに加え、エネルギーの変換にともなうロスまで考えると、約5,7Kwと大量のものになっています、

電気エネルギーの作り方

家庭で使うエネルギーは、ほぼ半分がでんきエネルギーで、そのほとんどは火力発電、水力発電、原子力発電から得られます。日本のエネルギー自給率は4%程度しかありません。

  • 火力発電…化石燃料(石油、天然ガス、石炭)を燃やして得た熱エネルギーで高温の水蒸気をつくり、タービンを回します。
  • 原子力発電…ウラン原子が核分裂して出すエネルギーで高温の水蒸気をつくり、タービンを回します。
  • 水力発電…ダムにためた水を落下させてタービンを回します。

エネルギー利用の種類

化石燃料などには限りがありますが、効率よく使い、省エネルギーにつとめなければなりません。

化石燃料の利用と課題

化石燃料を燃やすときに、二酸化炭素や窒素酸化物など有名な物質ができ、二酸化炭素が発生します。

  • 地球温暖化…近年、地球の気温が上昇しています。
  • 温室効果…大気中の水蒸気や二酸化炭素は温室効果をもちます。このような気体を温室効果ガスといいます。

原子力の利用と課題

原子力発電は、二酸化炭素をほとんど排出しないことなどの利点があります。一方、原子炉の中にたまった放射性物質が外にもれると。人体や農作物に多大な被害が出るおそれがあります。

  • 放射線…アルファ(α)線、ベータ(ℬ)線、ガンマ(γ)線などの種類があり、目に見えない、物体を通りぬける能力(通過力)がある。原子をイオンにする能力(電離能)があるという性質があります。

自然放射能と放射線の単位

放射線が人体にあたえる影響を表す単位として、シーベルト(Sv)やミリシーベルト(mSv)が使われます。わたしたちは、年間2.4mSv程度の自然放射線を浴びています。

再生可能エネルギー

太陽エネルギーや地熱エネルギー、大気の流れのエネルギーなど、いつまでも利用できるエネルギー。環境をよごすおそれが少ないですが、立地条件や発電効率などの課題が多いです。

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