エネルギー

エネルギーとは、仕事をする能力のことで、物質の仕事の量であらわす。運動にむすびついているエネルギーは運動エネルギーとよばれ、位置に関係するエネルギーは位置エネルギーとよばれる。たとえば、ゆれている振り子は、もっとも大きくふれた両端で位置エネルギーが最大になり、運動エネルギーが最小となる。もっとも低い位置では位置エネルギーは最小になり、運動エネルギーは最大となる。その中間では位置エネルギーと運動エネルギーは場所によって変化する。エネルギーはさまざまな形態をとり、力学的エネルギー、熱エネルギー、化学的エネルギー(→ 化学反応)、電気エネルギー、放射エネルギー(→ 放射)、原子エネルギー(→ 核エネルギー)などとよばれる。どの形態でもエネルギーは、相互に転換が可能であり、位置エネルギーと運動エネルギーが相互に転換する過程では、両者の和は一定にたもたれる。

ひもの先端にさげているおもりは、落下したときに仕事をすることができるので、位置エネルギーをもっている。電池は、化学的な形態の位置エネルギーをもっている。マグネシウムと酸素は、化学的なエネルギーをもっているが、点火されて酸化マグネシウムになるとき、余分なエネルギーが熱と光の形に転換される。銃が発射されるとき、火薬の化学エネルギーは、運動エネルギーに転換される。発電機の回転子の機械的運動エネルギーは、電磁誘導によって電気的運動エネルギーに転換される。どのエネルギーでも、過渡的なエネルギー形態である熱に転換される傾向がある。機械装置で有効な仕事をしないエネルギーは、摩擦熱となって消費される。電気回路の損失の大部分は、熱による損失である。

19世紀におこなわれたさまざまな実験の結果から、エネルギーの形態は転換するが、それを生成させることも消滅させることもできないことがわかった。これがエネルギー保存の法則とよばれるものであり、古典物理学の基本原理のひとつになっている。エネルギー保存の法則は、質量保存の法則と同じく、光の速度よりも小さな速度が関係する現象に対してのみ正しい。原子核反応のように光速に近い速度が関係する現象においては、エネルギーと物質とは相互に転換できるようになる(→ 相対性理論)。したがって近代物理学では、質量もまたエネルギーの形態のひとつであるとみなされるようになった。

→ 生体エネルギー論：物理学