（僕蔵）よくこんなの考えたよなあ。
静かでエコで…古いのに新しい！うん。
（理陽）お邪魔しま〜す。
おおっ。
いらっしゃい！
（実穂）お邪魔しま〜す！んっ？何それ。
これ？うん。
スターリングエンジンって聞いた事ない？
（実穂理陽）ないない。
何でそれ動いてるの？乾電池とかで動いてるんじゃない？ああ。
乾電池…どこどこ？えっ？ん〜どこだろう？
（実穂）あっそのコップの中とか？フフフフフフフ。
（理陽）あぁ。
じゃっ種明かし。
（実穂）うん。
どうなっているのかというと…は〜い。
（理陽）えっ？
（実穂）えっ何？
（理陽）水？お湯？フフッ正解はお湯です。
熱〜いお湯。
（実穂）お湯！？何でお湯で動いてるの？ヘヘッ。
うん。
おぉ。
姿を変えるエネルギーの秘密に迫る。
僕蔵さん…うん。
まずこのお湯が持っているエネルギーを…
（理陽）それで？うん。
その熱エネルギーが車を回転させているんだけども…「力学的エネルギー」。
うん。
よし！じゃあもう一度回転させてみるよ。
うん。
よいしょ。
よっ。
（実穂）おっ…速い速い速い。
ンフフ。
フフフフフフ…。
つまりこの回転運動は熱エネルギーが力学的エネルギーに変わったって事なんだな。
エネルギーは姿を変えるって教科書に載ってた。
僕蔵さんその装置の仕組みもっと知りたい。
あっ知りたい？これはね熱エネルギーが装置の中の気体を膨張させて動かしてるんだ。
スターリングエンジンは蒸気を使わない構造がとてもシンプルな熱機関として知られている。
１８１６年にスコットランドの牧師ロバート・スターリングによって発明された。
小さな温度差で動くエンジンとして今もなお注目されている熱機関なのだ。
ではスターリングエンジンの動く仕組みを見てみよう。
まずお湯の熱で空気が膨張しピストンを上に押し上げ車輪を回転させる。
次に車輪の回転でエンジン内部の板が下に下がる。
この時板がお湯の熱を遮るためエンジン内部の空気の温度が下がり空気が収縮する。
空気が収縮すると車輪が回転し板が上に上がる。
そして再びお湯の熱で空気が膨張する。
このような…スターリングエンジンにはこんなのもあるんだよ。
（理陽）面白い。
（実穂）何かビョンビョン言ってる。
フフフフ。
これもねコップの中に熱いお湯が入っているだけなんだ。
…でお湯の熱エネルギーがこの上下に動く力学的エネルギーに変わってるというエネルギーの変換はこっちのスターリングエンジンと同じ。
うん。
中の空気が膨張と収縮を繰り返して動くのも一緒。
装置の仕組みが違うけどね。
（実穂理陽）そうなんだ。
あっお二人さんに見てほしいものがあるんだけどな。
何何？何？僕が作った手作りのスターリングエンジン。
（実穂理陽）見た〜い！お〜よいしょ！アハハハ。
よっよっよっ頭気を付けてね〜。
（実穂理陽）はい。
お〜これ僕蔵さんが作ったの？ウッフフ名付けて…
（理陽）「ビー玉スターリングエンジン」？この試験管の中にね入ってんのビー玉なんだ。
（理陽）これどんなふうに動くの？じゃあやってみようか。
うん。
はい。
ハハハ…。
さっきのスターリングエンジンとの違いは熱エネルギーがお湯ではなくてもっと強力なガスバーナーの炎を使うところなんだ。
じゃあ早速試験管に火を近づけて中の空気を温めてみますよ。
さあこい。
（実穂理陽）おぉ〜。
（実穂）すご〜い！動いたね。
（理陽）うん！ビー玉スターリングエンジンの動く仕組みはこうだ。
まず試験管の中の空気がガスバーナーの炎で温められて膨張する。
膨張した空気は注射器へと流れ注射器の筒を押し上げる事で試験管が傾く。
それによってビー玉が試験管の底にくるので中の温かい空気が試験管上部に集まる。
集まった空気が冷やされると今度は収縮する。
試験管の中の空気が収縮すると注射器の空気が試験管の中に流れ込み試験管が逆に傾くためビー玉は試験管の底から離れる。
このような空気の膨張と収縮で動くのだ。
（理陽）これってずっと動いてんの？ん〜熱エネルギーを与え続けさえすればね。
（実穂理陽）う〜ん。
よしっ。
でもねガスバーナーの熱エネルギーをどれくらいこの力学的エネルギーに変えられているのかっていうとそれほど多くないんだよ。
どういう事？うん。
ガスバーナーの炎の熱エネルギーその大部分がど〜んと空気中に逃げてっちゃうの。
それに理陽君スターリングエンジンが動くためには試験管の中の空気を温めて膨張させるだけじゃ駄目でしょ。
（理陽）うん。
試験管の中の空気を冷やしてそして収縮させる事も必要なの。
冷やすっていう事は熱を逃がすっていう事。
熱を逃がすっていう事は熱エネルギーをそのまま捨てちゃうっていう事なの。
「熱エネルギーをそのまま捨てちゃう」。
うん。
そう！力学的エネルギーとして利用されずにね。
そういう熱って結局捨てられちゃう熱だから…
（理陽）廃熱？あっ理陽君車興味あるよね？うん。
うんうん。
そういう廃熱を動力に利用したり熱エネルギーを効率よく利用する仕組みそういうのを「熱効率を向上させる」なんて言うんだけど車の世界ではその開発がものすごく進んでるみたいなんだよ。
そうなの？あっちょっと調べてみたら？
（実穂）あっいいね。
うん。
…を調査せよ！あっ！
（理陽）うわ〜っ。
やって来たのはレーシングチームのテクニカルディレクター山根健さん。
山根さんは長年エンジンの開発にも携わっているエンジニアでもある。
今日は車の熱効率向上のためにどのような取り組みをしてるのかを尋ねに来ました。
（山根）はい。
（理陽）よろしくお願いします。
よろしくお願いします。
熱効率の話をする前に山根さん理陽君にやってほしい事があるというのだが…。
ボンネットの中とブレーキを測ってもらおうと思いますのでまずボンネットを開けます。
（理陽）お願いします。
エンジンブレーキの温度を測る。
それが一体熱効率とどんな関係があるのか？まずはエンジンの温度を測る。
エンジンの温度は３３．７℃。
それからタイヤに付いているブレーキの温度も計測。
ブレーキの温度は２７．８℃だ。
実はこれ走り出す前とドライブした後でどれだけ温度が変化するのかを確かめる実験。
すごい。
５分間のドライブに出発！
（理陽）すっげえ。
やぁすごいですね。
５分ほど走りスタート地点に戻ってきた。
エンジンとブレーキの温度は一体何℃になっているのだろうか。
じゃあもう一度測ってみます。
はい！おっ！たった５分のドライブでブレーキの温度は３１℃も上がった。
じゃあボンネット開けます。
はい！エンジンはどうだろう。
（放射温度計）ピピッ。
２５℃温度が上がっている。
車が走ればたくさん熱が出るのだ。
その熱が全て車が走るという事に使われればよいのだがそうではない。
このような捨てられてしまう熱排熱の少ない車が熱効率のよい車なのだ。
車のパーツのところを温度を測らせてもらったんですけどやっぱ車って走る事によって車って熱を生じるなって事が分かったんですけど熱効率ってどうなってるんですか？大体３０％かそれ以上のところが今のエンジンです。
３０年前のエンジンっていうのは２０％いくかいかないかぐらい。
それからいろいろな技術の進歩によってようやく３０％将来は４０％を目指す開発を今皆さんがやっているところです。
ガソリン自動車の熱効率を上げる技術。
その一つに…ガソリン自動車のエンジンはガソリンと空気の混ざった気体を爆発させてピストンを動かしている。
その時動力として使われず捨てられてしまう多くの熱エネルギーや運動エネルギーがある。
ターボエンジンではその捨てられてしまうエネルギーを再び取り込みピストンを力強く動かす動力として再利用しているのだ。
また燃料をガソリンに頼らない自動車の一つに…この電気自動車が……と高い。
電気自動車など次世代の自動車もまた進化し続けているのだ。
さてここからはいろいろな種類のエネルギーの変換について考えてみよう！ではここでエネルギー変換ゲーム！
（実穂理陽）イエ〜イ！はい。
ルールを説明します。
はい。
力学的エネルギーの周りに熱エネルギー電気エネルギー化学エネルギー光エネルギーが配置されております。
そしてここに力学的エネルギーと４つのエネルギーの関係を示したカードがあります。
このカードをパネルに貼っていくというゲームでございます。
なるほど〜。
ハハッはい。
ではまず私がお手本をですねお見せしましょう。
スターリングエンジン…ねっはい。
これはここですね。
熱エネルギーを力学的エネルギーに変換したからだ。
（実穂）そうだね。
（理陽）うん。
ん〜じゃあ逆は何だろう？ん〜力学的エネルギーから熱エネルギーへの変換ね。
お二人さんこの前やったよ？えっ何だっけ？この前…。
あっ摩擦じゃない？
（実穂）そうだよ！
（理陽）あれだ。
水の温度を上げるためにシェーカーをタオルでこすったやつだね。
（実穂）あぁ〜あの理陽君ずるしたやつ。
（理陽）いや…。
貼って貼って…。
よしっ。
（実穂）うん。
あっじゃあ次いこうはい！じゃあ私は自転車のライト。
おっはい。
（実穂）はい。
自転車のライトはここかな。
自転車のライトは車輪の回転を使って点灯させているから力学的エネルギーから光エネルギーの変換です。
うん。
（理陽）じゃあソーラーカーは？おっソーラーカー。
（実穂）ソーラーカー…。
はい。
（理陽）ここだ。
うん。
太陽の光エネルギーを動く力学的エネルギーに変換させているからだね。
うん。
じゃあ実穂ちゃん。
（実穂）じゃあガソリンエンジン。
おぉはい。
（実穂）はい。
ガソリンエンジンは…ここ！石油の化学エネルギーを使って力学的エネルギーにしています。
じゃあモーターはここかな？電気の流れる電気エネルギーが動く力学的エネルギーに変換しているからだ。
正解！よしっ。
（実穂）お〜いいねぇ。
うん。
はい最後これ。
（理陽）じゃあその逆は…手回し発電機になるかな？おぉ。
（実穂）そうだよね。
はい。
でも手回し発電機って生で見た事ないな。
うん確かに。
はいはいはい。
ここにありますよ〜。
えっ？はい！
（実穂理陽）あ〜！これが……でこれにですねえぇん〜。
電球を持って下さい。
はい。
付けます。
はい。
そして回すと…。
（実穂）お〜光ってる！
（理陽）おぉ。
ンンッ。
（理陽）あぁ。
ハンドルを回転させる力学的エネルギーが電球をつける電気エネルギーに変わったって事か。
そういう事。
うん。
でもそれって自転車のライトと同じじゃないの？あっ気付いちゃった？うん。
ハハハハハハ…。
実はね自転車のライトは力学的エネルギーが電気エネルギーに変わってそれが光エネルギーになったって事なんですな。
（実穂）やっぱり。
うん。
何かエネルギーっていろんな種類があって姿も変えるんだね。
実感してもらえた？
（実穂理陽）うん。
…という事でエネルギーの変換はほかにももっとあるんだけどもそのエネルギーの変換にはある１つの法則があるんだ。
それが…「エネルギー保存の法則」。
そう。
このエネルギー保存の法則テストに出るぞ〜。
出る？うん覚えとかないと。
うん。
はい最後に化学エネルギーから光エネルギーへの変換をお見せ致しましょう。
これで〜す！
（実穂）えぇ！？ケミカルライト…フフフフフ。
よっ！これはね化学物質の反応で光ってるんですよ。
せ〜の…。
よし。
おいしょ。
お〜！青になったね。
（実穂）きれいな青色だ。
透明。
ケミカルライトはどうして光るのか？それはシュウ酸ジフェニル過酸化水素色素が化学反応を起こしたからだ。
混ぜる色素を変える事でいろいろな色に光らせる事ができる。
エネルギーの種類にはいろいろなものがあり姿を変えながら私たちの暮らしの中で利用されている。
身の回りにどんなエネルギーの変換があるのか調べてみよう。
ねぇ僕蔵さん。
んっ？いろんな種類のエネルギーがあるっていうのは分かったんだけどエネルギーの大本って何なの？おぉ何と言っても太陽だよね。
うん。
（理陽）太陽…。
地球に降り注ぐ太陽のエネルギー１時間分が人類が使うエネルギー１年分とほぼ同じらしいんだよ。
（実穂）え〜。
そうなの？うん。
でもねその太陽のエネルギーを生かしきれているかっていうとまだまだかな。
ハハハ…。
電気を大量に蓄えておく事も難しいしね。
その点保存でいうと石油石炭なんかの化石燃料は優れているよね。
でも化石燃料にも限りがある。
だからエネルギーは大切に使おうって事かな。
ハッハハハ…。
（実穂）アハッ。
あっちなみに太陽にも寿命があるって知ってた？
（実穂理陽）そうなの？うん！だって始まりがあれば終わりがあるからさ。
スターリングエンジンでは熱エネルギーが力学的エネルギーに変化している。
しかし熱エネルギーの多くは力学的エネルギーとして使われる事なくそのまま捨てられてしまっている。
車が走れば熱が出る。
それら排熱を全て車を走らせるエネルギーとして利用できればよいのだがそれは難しい。
ガソリン自動車の熱効率はおよそ３０％。
ターボエンジンの技術は熱効率を向上させている。
熱エネルギー電気エネルギーなどエネルギーにはいろいろな種類がある。
しかしエネルギーは変換されてもその種類を変えるだけで総量は増減しない。
それがエネルギー保存の法則だ。
2015/12/03(木) 14:00〜14:20
ＮＨＫＥテレ１大阪
ＮＨＫ高校講座 科学と人間生活「変化するけどなくならない〜エネルギーとは〜」[字]
科学技術の発展は、どのようなところに生かされているのだろう？ 私たちの身の回りにある自然や道具を糸口に、科学の世界を楽しく解き明かしていく。
詳細情報
番組内容
私たちは日々、さまざまなエネルギーを利用して生活している。今回は、エネルギーの性質を理解するとともに、エネルギーを効率良く利用する工夫について学習しよう。「変化するけどなくならない 〜エネルギーとは〜」（１）いろいろなエネルギー （２）熱効率向上の工夫 （３）姿を変えるエネルギー
出演者
【出演】正名僕蔵，三井理陽，泉川実穂，【語り】渡辺真砂子
ジャンル :
趣味／教育 – 中学生・高校生
バラエティ – その他
趣味／教育 – 生涯教育・資格
映像 : 480i(525i)、アスペクト比16:9 パンベクトルなし
音声 : 2/0モード（ステレオ）
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