TANOKAGA! ~たのしい科学~

教科書では語られない科学ネタの紹介・解説を中心とした、学生向けのブログ

このブログについて

TANOKAGA! ~たのしい科学~ へようこそ。
ここは、私が「気になった科学ネタ」「自作した動画教材」などを紹介するブログです。

教科書には詳しく載っていない事柄で、かつ授業で使えるかもしれないネタを中心に記事にしようと思います。 視聴覚素材の利用や、わかりやすい解説で、中学生や高校生が理解できる記事を書いていきたいです。
もちろん、科学に興味を持った大学生以上の方も大歓迎です。 ただ、その道の専門を学んでいる方にとっては、簡単ゆえに物足りないかも知れません。

記事に誤字脱字・間違い・意見等がありましたらコメントまたはメール(下の方にある送信フォームをご利用ください)をお寄せください。できるだけ早く対応します。
また、管理人の職業柄、すべてのコメントは承認制となっております。ご了承ください。


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科学ネタ
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  • リテラシー・・・たくさんの情報の中からウソを見抜くスキル、それがリテラシー能力です。広く知られている情報が真実とは限りません。筋道立てて考えれば異なった真実が見えてくることがあります。
  • 科学と軍事・・・人類の歴史は科学の歴史、そして戦争の歴史でもあります。戦争によって多くの科学は発展してきました。戦争を理解することで、科学の理解を目指すのがこのコンテンツ。敬遠しがちな人も、現実に目を向けてみてはいかが。

生徒諸君へ
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electriclight.jpg

様々な一次エネルギー(自然界に存在するエネルギー源)を電気エネルギーに変換することを「発電」といいます。
エネルギー形態を変換させる際には、エネルギーの一部が逃げていってしまうということを、以前の記事で書きました。そして、どれだけのエネルギーが最後まで残ったかを示す値が「エネルギー変換効率」でした。

この世界には様々な発電方法があります。それは我々の生活を支える主力になっているものから、まだ発展途上な技術までさまざまです。
それぞれの発電方法は、おおよそのエネルギー変換効率が決まっています。この値が高いほど、効率的に電気を作ることができます。

いろいろな発電方法のエネルギー変換効率一覧表、および解説は以下から。
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electriclight.jpg

火力発電の仕組みは単純で、まず化石燃料を燃やして、その際に発生する熱で水を沸かして、その水蒸気でタービンを回して、電磁誘導で発電します。
運動エネルギーを電気エネルギー変換するという意味では、火力発電,原子力発電,水力発電,風力発電は最終的にはすべて同じしくみで発電していることになります。

さて、この火力発電所のエネルギー変換効率は、日本全国の平均でおよそ40%です。
エネルギー変換効率とは、エネルギー形態(エネルギーの種類)が変わっていく過程で、どれくらいのエネルギーが残り、有効に利用できるかを示した割合のこと。
例えば、とある燃料が持つ化学エネルギーが10000であるとして、その燃料を燃やして得られた電気エネルギーが2000だったとするなら、そのエネルギー変換効率は20%であるという。

エネルギーが、その形態(種類)を自在に変化させることができるというのは、中学の理科で勉強するところ。
しかしほとんどの場合、エネルギーを全量思い通りに変換させることは不可能で、実際は変換の際に一部のエネルギーが外に逃げて行ってしまいます。(多くの場合、熱エネルギーの形態で逃げていく。電化製品を動かすと意味もなく発熱するのはこのせい。)

前述の発電で言うなら、発電設備から熱エネルギーが漏れていってしまったり、送電線の電気抵抗によっても熱エネルギーが逃げて行ってしまいます。
エネルギーというものは、エネルギー保存の法則によって総量は変化しないので、熱エネルギーとして逃げていった分、私たちの手元に届く電気エネルギーは減ってしまいます。

つまりエネルギー変換効率が高い発電所は、エネルギーの損失(ロス)が少ないので、より多くのエネルギーを活用できるということになりますね!
しかし前述のように、火力発電所のエネルギー変換効率は40%・・・つまり使用した燃料の半分以上のエネルギーが無駄に捨てられているわけです。
限りある資源を有効に利用するために、高効率な発電方法の開発は世界的な課題となっています。

その中で出てきた新型発電・コンバインドサイクル発電が今回のテーマ。
驚きのエネルギー変換効率&解説は以下から。
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前回の記事でリニアモーターカーについて言及したので、今回はリニアモーターカーに関する、広く一般には知られていないであろう事柄について、書いてみようと思います。

さて、東京都心の地下深くを走っている地下鉄・大江戸線をご存じですか? 昔は、都営地下鉄12号線とも言われていた、地下鉄の中ではまだ若い路線です。
この地下鉄の特徴はなんと言っても「小さいこと」! はじめて実物を見た人は、その小ささに驚かれたのではないでしょうか?
トンネルも小さいし、車体も小さい。もちろん車内も通常の電車より狭いです。この小ささ故に、このタイプの地下鉄を「ミニ地下鉄」とも言います。

この大江戸線、実は「リニアモーターカー」なんです!
この事実を人に話すと、ほとんどの人が一様に驚きます。「そんなまさか! だって大江戸線は『速く』もないし『浮いて』もいないよ!?」と。

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リニアモーターで動く地下鉄・大江戸線の車両 (C) Wikipedia

さてさて、多くの人が驚く衝撃の事実、大江戸線がリニアモーターカーだという証拠と解説は以下から!
[タグ] 物理学 電磁気学
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toaru_railgun.png

以前、アメリカ軍が開発中のレールガンについての記事を書きました。
今回の記事は、同時期(2010年12月)に動作試験が行われ、成功した、電磁カタパルト(EMALS)の紹介です。



電磁カタパルトについての簡単な解説は以下から。
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「熱電発電」という発電方法を知っていますか?
熱電変換素子という半導体に、外部から熱(正確には温度差)を与えると、電圧が生じる現象を利用した発電方法のことです。

今回は、あまり耳にする機会のない熱電発電について、解説していきます。
熱電発電は未来の発電システムとして注目されているのですが、実は、数十年前にすでに実用化されているのです。その利用場所はなんと宇宙! 太陽系外の探査に、大活躍しているのです。

voyager.jpg
熱電発電のしくみを利用した原子力電池を搭載した宇宙探査機ボイジャー1号

熱電発電のしくみや、利用用途など、詳しくは以下から。
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渋谷にある電力館は、東京電力が運営する、電気について勉強することができるPR館(←ここ重要)です。
都心にあり、かつ無料で見学できる施設なので、学生さんたちの校外学習先としてもよく選ばれているようです。

そんな電力館に行ってきましたので、簡単なレポートをお届けしたいと思います。
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toaru_railgun.png

「レールガン」という単語で検索をかけると、こちらが二番目にヒットするように、レールガンという言葉は一部の層にだいぶ浸透してきたなぁ、と思う昨今ですが、このほど、アメリカ海軍が開発中のレールガンが更に強力になり、発射試験に成功したとのこと。

世界最強のレールガン:動画 | WIRED VISION
http://wiredvision.jp/news/201012/2010121320.html

興味がある人も、「またアメリカか・・・!」と思った人も、詳細は以下から。発射シーンもありますよ。
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