エネルギー変換（読み）エネルギーへんかん（英語表記）energy conversion

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

エネルギー変換
エネルギーへんかん
energy conversion

エネルギーが1つの形態から他の形態へ変る過程。自然界では太陽エネルギーにより海水が蒸発し，大きい位置エネルギーをもった雲となり，雨となって降るときに運動エネルギーに変換される。人類は古代より有用なエネルギーを得る変換装置を開発してきた。水車は流水の運動エネルギーまたは高所の水の位置エネルギーを回転運動のエネルギーに変換する装置であったが，大規模な水力発電機へと発展して巨大なエネルギーを生むようになった。また燃料に含まれる化学エネルギーは燃焼によって熱エネルギーへと変換され，料理や暖房に利用される。エネルギーの形態は，運動，位置，圧力，音，熱，光，電気，化学，原子核など千差万別であるが，これらの間の変換を支配する基本原理はエネルギー保存則である。この保存則は流体ではベルヌーイの定理，熱では熱力学第一法則，ギブズの自由エネルギーの関係式，原子核では質量とエネルギーの等価則などとして現れる。エネルギーが他の形態へ変換するとき，位置エネルギーから運動エネルギーへの変換や力学エネルギーから熱エネルギーへの変換のように効率 100%のものもあるが，原理的に完全には他の形態に変換できないものが多い。熱機関による熱エネルギーから力学エネルギーへの変換効率の最大値を決めるのがカルノーの定理であって，実用的な温度条件のもとでは理想的な効率でも 50～60%をこえられず，巨大装置では効率をこれに近づけることができるが，通常の自動車エンジンでは 20%程度にすぎない。有用なエネルギーを得るためには数段階の変換を経ることが多く，たとえば火力発電では，燃料の化学エネルギーが燃焼して熱エネルギーへ，これが蒸気の熱エネルギーとなり，さらに蒸気噴流の運動エネルギーを経由して回転子の回転運動エネルギーとなって，ようやく発電機の端子から電気エネルギーとして送り出される。これらの各段階での変換損失は，装置の巨大化によってかなり改善されるとはいえ，段階数を減少して効率の上昇をはかる努力がなされている。電磁流体力学的な直接発電 (MHD発電 ) などはその例である。また無尽蔵ともいえる太陽エネルギー，原子核エネルギーを変換利用するものとして小型の太陽電池，原子電池，大型のソーラー・ハウス，太陽熱発電所，原子炉，熱核融合炉などの開発が急がれている。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典