高校で「エネルギー」、「熱」やその違いがわからない方へ！物理でも化学でも使える恋愛を使った直感的理解！

こんにちは。
長かった冬も終わり、桜の季節になりました。
新年度は心機一転、新しいことを始めたい！という方も多いのではないでしょうか。

今回は「エネルギー」と「熱」について、楽しく考えてみたいな！と思います。
楽しさのカギは、今回もやはり「恋愛に例える」です。

桜舞い散る春に、好きな異性への想いを馳せながら妄想していたら、
気が付いたときには「エネルギー」と「熱」についてマスターしていた！
なんて都合のいい充実した時間も夢ではありません(笑)

エネルギーとは？

エネルギーはモノやヒトを動かす燃料

厳密な定義や科学的解釈は、教科書や参考書、詳しいサイトにお任せすることとして、
あくまで簡単な言葉で説明するとしたら、

エネルギー＝燃料

という理解で充分です。

僕たち人間が外に出て友人と楽しいひと時を過ごせるのも
勇気を持って告白したり、そのセリフを考えるのも
エネルギーが無ければできません。

彼女にLINEを送るためのスマートフォンが動いてくれるのも
デート先まで送り届けてくれる電車が動くのも
エネルギーがあってのことです。

エネルギーには、熱、電気、光など様々な形に変換されますが、
どれも人間や機械を動かしてくれる燃料になり得るというイメージで大丈夫です。

熱とは？

熱男はエネルギーを燃やしているからアツイ！

熱を訓読みすると「アツい！」ですね。
WBCでは「熱男」松田選手が大活躍でしたね。

松田選手を例えに使うなら
エネルギーをたくさん使って燃えているから、その分熱を放出して「熱男」になれる
というイメージでしょうか。熱い男でいるためには燃料も沢山必要です。

熱はエネルギーを燃やした後のゴミ

しかし、化学や物理を考える上では
熱＝ゴミ(廃棄物)というイメージをするとわかりやすいです。
決して松田選手がゴミと言ってるわけではありません(笑)
熱い松田選手あってのソフトバンクです。

少し話が逸れましたので、なぜ熱=ゴミなのか、説明します。

熱は空気や物体の運動

寒い季節にはストーブや床暖を使って体を温めます。
石油や電気などの燃料が持つエネルギーが、空気や物質を作る粒子(分子)を激しく運動させることで熱に変換されるため、温かく感じます。

ここで更にわかりやすくするために、空気に絞って話を進めます。

熱はどんどん広がって回収できなくなる

ココアやコーヒーなどの温かい飲み物は、冬場の受験生の強い味方ですよね。
ただ、温かい飲み物は放置しておくとすぐに冷めてしまいますね。

熱は粒子の運動なので、
飲み物がコップに触れる→コップが空気に触れる→空気はどんどん広がっていく
という具合で、時間と共に広がって均され、使えなくなってしまいます。

よく「熱エネルギー」という言葉があるように、熱も実はエネルギーの一種なのですが、
上のようにどんどん広がって回収ができなくなるため、
他のエネルギーにも変換しづらく、使い勝手が悪いです。

これが、熱をゴミと解釈する所以になります。

運動エネルギーとポテンシャル(位置)エネルギー

エネルギーを大別すると、上の2つに分類できます。

ここは難しく考えず、字の如く理解してもらえれば大丈夫です。

運動エネルギーは、速度を持つ物体が必ず持っているエネルギーです。
熱は空気の運動なので、運動エネルギーの一種と考えてよいでしょう。

それに対して、ポテンシャル(位置)エネルギーは、速度とは関係ないエネルギー全般になります。極端に言えば止まってる物体でもエネルギーを持っているということですね。

この後、恋愛に絡めてエネルギーに対するイメージを深めますが、
恋のエネルギーはポテンシャル(位置)エネルギーです。(笑)

エネルギーを恋愛で理解すると？

エネルギーは
高いと不安定、低いと安定。
エネルギーはたくさん消費して楽になりたい！

ジョギングなどの運動をして汗をかいたあとは、身体が温かくなって気持ちが良いですよね。
好きな人と一緒にいるときも、自然と胸が熱くなったり、恋人の手の温もりを感じて、幸せな気持ちになりますね。

化学も恋愛も、
エネルギーをたくさん持っている状態よりも、
熱をたくさん放出してエネルギーを使い切った状態を好みます。
熱は身体を温める以外には使えないゴミと説明しましたが、
恋をしているときにはたくさん熱い思いをしたいものです。
身体が温かくなる時は、エネルギーを使って熱を出しているときなんですね。

前者を、エネルギーの高い状態
後者を、エネルギーの低い状態と表すことがあります。

以下に図を使ったイメージを加えます。
前回の記事で使った、負電荷くんと正電荷ちゃんを使います！