水力発電に学ぶ位置エネルギーと運動エネルギーの関係

水力発電のしくみを見ていくと、理科で習った「位置エネルギー」と「運動エネルギー」の関係が、そのまま登場します。
教科書の中だけの話だと思っていたエネルギーの変化が、実は発電所で毎日使われていると知ると、ちょっと面白くなってきませんか。

エネルギーは消えてなくなるのではなく、形を変えるだけ。
その代表例が、水力発電なのです。

高い場所にある水は位置エネルギーをもつ

まず考えてみてください。
ダムの上にたまっている水は、じっとしているのに「エネルギー」をもっていると言われます。

なぜでしょうか。
それは、水が高い場所にあるからです。

物体は、高いところにあるほど、重力によって落ちようとする力をもっています。
この「高さによってたくわえられたエネルギー」を、位置エネルギーと呼びます。

つまり、ダムの上にある水は、高さそのものをエネルギーとして持っているのです。

まだ動いていなくても、落ちる準備ができている状態。
それが位置エネルギーの正体です。

水が流れ落ちると運動エネルギーに変わる

では、その水が実際に流れ落ちたらどうなるでしょうか。

ダムから放水された水は、一気に下へと落ちていきます。
そのとき、水は勢いよく動きますよね。

動いている物体がもつエネルギーを、運動エネルギーといいます。
位置エネルギーが、動きのエネルギーへと姿を変えた瞬間です。

高い場所にあったエネルギーが、流れ落ちることで運動エネルギーに変わるのです。

ここで大切なのは、エネルギーが消えたわけではないということ。
形が変わっただけなのです。

エネルギーの変化が発電につながる

そして、この運動エネルギーが次の段階へ進みます。

勢いよく流れる水は、タービンという羽根車を回します。
回転が生まれ、その回転が発電機を動かします。

ここで起きているのは、運動エネルギーがさらに「電気エネルギー」へと変わるという変換です。
エネルギーは、位置エネルギーから運動エネルギーへ、そして電気へと受け渡されていきます。

水力発電は、エネルギーの形が次々に変わる流れそのものなのです。

だからこそ、水を燃やさなくても電気がつくれる。
エネルギーの変化をうまく利用している発電方法なのです。

水力発電は、理科で学ぶエネルギーの変化を、そのまま実社会で活かしている仕組みです。
高い場所にある水の位置エネルギーが、流れ落ちて運動エネルギーになり、最後は電気エネルギーへと姿を変える。

エネルギーは消えず、形を変えて受け渡される。
その基本原理を、私たちにわかりやすく教えてくれるのが、水力発電という存在なのです。