機械的・熱的エネルギー

エネルギーには、機械的エネルギーと熱的エネルギーがあります。これらの概念は、機械システム、熱機関、熱力学、さらには生物学などの分野で重要である。この2つのコンセプトを明確に理解することが、これらの分野を使いこなすための鍵になります。今回は、機械エネルギーと熱エネルギーとは何か、その定義、機械エネルギーと熱エネルギーの共通点と相違点について説明します。

機械的エネルギー

エネルギーは直感的に理解できない概念です。エネルギー」という言葉は、ギリシャ語の「energeia」に由来し、動作や活動を意味します。その意味で、エネルギーは活動を支えるメカニズムであると言えます。エネルギーは直接観測できる量ではありません。ただし、外形的な特性を測定することで算出することは可能です。エネルギーにはさまざまな形があります。機械的なエネルギーもその一つです。機械的エネルギーは、2種類のエネルギーに分けられる。運動エネルギーとは、運動を引き起こすエネルギーのことです。位置エネルギーとは、物体の位置によって発生するエネルギーである。機械的エネルギーの基本的な性質は、常に物体全体に指向性のある非ランダムな運動を引き起こすということである。保存力場内で保存力以外の外力が物体に作用しない場合、物体の全機械的エネルギーは一定である。もっと簡単に言うと、エネルギー保存則は、保存力のみによって作用する孤立した系では、力学的エネルギーは一定であることを述べている。位置エネルギーには、重力位置エネルギー、電気位置エネルギー、弾性位置エネルギーがある。保存系では、エネルギー変換のみが可能である。位置エネルギーが大きくなると運動エネルギーは小さくなり、逆に小さくなると位置エネルギーは小さくなる。

熱エネルギー

熱エネルギーは、熱源とも呼ばれ、システム内のエネルギーの一形態である。熱エネルギーは、システムの温度を引き起こすものです。熱エネルギーは、システム内の分子のランダムな運動によって発生する。絶対零度以上の温度を持つすべての系は、正の熱エネルギーを持つ。原子自体には熱エネルギーはありません。原子は運動エネルギーを持っています。この原子が互いに、あるいはシステムの壁と衝突すると、光子の形で熱エネルギーを放出する。このようなシステムを加熱することで、システムの熱エネルギーが増加する。システムの熱エネルギーが高いほど、ランダム性は高くなる。