熱損失についての疑問

質問

電気エネルギーは電子が移動することによって発生する。
それはなんとなくわかるのですが、どうして熱もエネルギーを持つのでしょうか。
熱は電荷を持たないのに、何をエネルギーと言っているのかわかりません。

回答No.3

noname#212313 · ベストアンサー

例えば、地表で物体が落下させて、それを別のエネルギーとして利用できますね。そうできるのは、重力による位置エネルギーがあるからです。ただ、力学的エネルギーは摩擦による損失があり、最後には全て熱に変わります。

　電気も同じなんです。金属中の電流は電子の移動ですが、それはプラス・マイナスのある電源によって移動が起こります。これは、電源が重力に相当していて、電気的な位置エネルギーを与えるものになっているのです。

　最も単純な、直流電源と抵抗だけがある回路を考えると、電子は電源という電気的な位置エネルギーを与えるもののため、マイナスからプラスに向おうとします。抵抗は電子と衝突を起こしやすくなる素子です。衝突のため電流が流れにくくなるのですが、それは電子が原子核に衝突するためです。

　電子が原子核に衝突して速度を落とし、落ちた速度分の運動エネルギーは原子核の振動に変わります。温度とは分子や原子の振動です。温度が高いというのは、分子や原子の振動が大きいということです。抵抗では、そうやって電気的な位置エネルギー→電子の運動エネルギー→熱、として熱エネルギーを発生させています（電気ストーブなど）。

お礼

回答ありがとうございます。
とてもわかりやすかったです。

回答No.2

trytobe

基本的には、物質を構成している原子の運動エネルギーです。

固体でも、原子は結晶などを作って、近くの原子とある距離を保っています。

でも、電気を流すなどして、原子がたくさん並んでひしめきあっているところに電子を叩き込まれると、電子を叩き出される原子ができて、その分、周りの原子から電子を返してくれ、とパケツリレーのように電子が動いていくとともに、電子をバケツリレーしている原子もザワザワと動かされるのです。

こうやって、電子のバケツリレーがスムーズにいかない素材ほど、素材を構成する原子がグラグラ揺らされて運動エネルギー（イメージとしてはバネの振動エネルギー）をもらってしまうのです。

これが度を越えて、近くの原子どうしの引き合いのバネが切れてしまうほどになると、原子がここに自由に運動できる液体になるわけです。ヒューズが、まさにこの原理ですね。

お礼

回答ありがとうございます。
素材を構成する原子がグラグラ揺らされることで運動エネルギーの一部が奪われるのですね。
ありがとうございました！

回答No.1

naniwacchi

こんばんわ。

＞電気エネルギーは電子が移動することによって発生する。
というよりは、電子が移動することによって、エネルギーが運搬されている。
その先(電気を使う機器)で、力学的エネルギーや光エネルギー(照明として照らす)、
そして熱エネルギーとして使えるようになっているということだと思います。

そして、そもそも熱もエネルギーの一種です。
エネルギーは電荷を持たねばならないという定義はありませんよ。

タイトルに「熱損失」と書かれているので、
もしかすると「電子が移動するとなぜ熱損失が生じるのか？」という疑問なのかな？とも思ったりしますが。

お礼

回答ありがとうございます。

たしかに電荷を持つことがエネルギーの前提ではないですね。
エネルギーが運搬されるという考え方で頭の中がすっきりしました。

「電子が移動するとなぜ熱損失が生じるのか？」ということも疑問に思います。
どうして電気エネルギーがあるものに熱を与えるエネルギーになってしまうのでしょうか。
調べてみたところ、
　『・・・消費電力は抵抗から熱となって放出されます。
　抵抗によって、電気エネルギーが熱エネルギーに変換されていることを意味しています。
　変換と同時に抵抗 という物体に熱エネルギーが供給されるので、
　自身の熱容量との関係で抵抗の温度は上がります。』
と書いてありました。しかしどうして抵抗によって熱エネルギーに変換されてしまうのか...

読みづらい文章で申し訳ございません。頭の中がグルグルしております（笑）

重ねての質問ですが、よろしければ回答をお願いいたします。