問題145 発電方式

解説

直感的理解
各発電方式の一次エネルギーと変換経路を整理しましょう。

主な発電方式とエネルギー源:

火力発電:化石燃料(化学エネルギー)→ 熱 → 蒸気タービン → 電気

水力発電:水の位置エネルギー → 水車 → 電気

原子力発電:ウランの核エネルギー → 熱 → 蒸気タービン → 電気

太陽光発電:光エネルギー → 電気(半導体で直接変換)

風力発電:風の運動エネルギー → 風車 → 電気

数値計算例:石油 1.0 kg(\(4.2 \times 10^7\) J/kg):

$$Q = 4.2 \times 10^7 \text{ J}$$ $$W = 0.40 \times 4.2 \times 10^7 = 1.7 \times 10^7 \text{ J}$$ $$= 1.7 \times 10^7 / (3.6 \times 10^6) \fallingdotseq 4.7 \text{ kWh}$$
答え: 各発電方式のエネルギー変換経路を対応させる
補足:仕事とエネルギーの関係

仕事-エネルギー定理より、合力がした仕事は運動エネルギーの変化に等しい:

$$W_{\text{合}} = \Delta E_k = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}mv_0^2$$
Point

タービンを回すのは火力・原子力・水力・地熱。太陽光発電はタービンなしで直接変換。