エネルギー
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「エネルギー」のその他の用法については「エネルギー (曖昧さ回避)」をご覧ください。

エネルギー(: Energie、: energy)とは、
物理学仕事をすることのできる能力のこと[1][2][3]。物体や系が持っている仕事をする能力の総称[4]

1. の意味から転じて、物事をなしとげる気力・活力のこと[1]。活動の源として体内に保持する力[2]

エネルギー資源のこと[1][2]


目次

1 概説

2 歴史

3 熱力学

4 古典力学

5 量子力学

6 電磁気学

7 エネルギーの種類

8 単位

9 エネルギー資源

10 脚注

10.1 注釈

10.2 出典


11 参考文献

12 関連項目


概説

現在用いられているようなエネルギーという概念が確立したのは19世紀後半のことであるが[5]、概念の確固たる成立はともかくとして、「エネルギー」という用語は、19世紀のはじめ、トマス・ヤングが1807年に著書『自然哲学講義』(: A Course of Lectures on Natural Philosophy) の中で、従来使われていた「力」を意味するラテン語 vis の代わりとして提案された[4]

「エネルギー」の語源となったギリシア語の ?ν?ργεια (ギリシア語ラテン翻字: energeia) は、?νεργ??(ギリシア語ラテン翻字: energos) に由来する。これは、?ν(エン)と ?ργον(エルゴン)を組み合わせた語で、?ν は前置詞、?ργον (ギリシア語ラテン翻字: ergon) は「仕事」を意味する語である。つまり、「物体内部に蓄えられた、仕事をする能力」という意味の語である。エネルギーという概念は「仕事」という概念と深い関わりがあるのである。

このようにエネルギーという語・概念は「物体が仕事をなし得る能力」を意味したが、その後、自然科学の説明体系が変化し、電磁気もエネルギーを持つことが知られるようになり、さらに、質量までがエネルギーの一形態である、と理解されるようになった[2]

英語読みでは「エナジー」であるが、同じ意味である。
歴史

現代において「エネルギー」という語で呼ばれている概念には、ひな形(あるいは萌芽と呼んでもよいもの)があり、その概念は、ヨーロッパ近世においては「エネルギー」とは呼ばれておらず、ラテン語 で vis(ウィス、の意)と呼ばれていた。この概念が様々な経緯を経て、現在の「エネルギー」という概念に似たものに変化してゆくことになった。

1600年頃のこと、ガリレオ・ガリレイは、の頭に(金づちよりもはるかに)重い物(など)をのせても、釘は木の中にめりこんでゆかないのに、それよりも軽い金づちでも振って打つだけで、釘が木材に入ってゆく、ということを、ひとつの問題として取り上げ、運動する物体には何らかの固有の「ちから」がある、との考え方を示した。

デカルトは、1644年に出版された著書において、衝突という現象においては、物体の重さ速さ(現在の式で言えば、おおよそ mv に相当するような量)が保存されるとし、この量こそが物体の持つ「ちから」である、と述べ、この量は保存されている、と主張した。

ライプニッツは、重さと速さの二乗の積(現在の式で言えば、おおよそ mv2 に相当する量)こそが「ちから」である、とし、この量が保存されている、と主張した。なお当時、静力学の分野では、vis mortua(死んだ力)という概念があったが、その概念と対比ししつつ、ライプニッツはその力 mv2 を vis viva(生きている力、活力)と呼んだ。

デカルトの考え方とライプニッツの考え方では、数式上異なった結論が導き出される。デカルト派の人々とライプニッツ派の人々の間で「ちから」の解釈に関する論争が起き、この論争は実に50年ほども続いた。この論争を活力論争[6]と言う。

この問題についてレオンハルト・オイラーは、1745-50年頃執筆された手稿「自然哲学序説」の中で (1) 両主張の差異は運動と力の関係を同一時間で比較するのか( m v {\displaystyle mv} )または同一距離で比較するのか( m v 2 {\displaystyle mv^{2}} )の違いであること、(2) 慣性を物体に内在する「力」に置き換えることが誤りであること、を示している[7]

その後、ガスパール=ギュスターヴ・コリオリが、活力が m v 2 / 2 {\displaystyle mv^{2}/2} であることを示した[4]。これは、今日で言うところの「運動エネルギー」に相当することになる[4]。「熱の仕事当量」および「エネルギー保存の法則」も参照
熱力学

熱力学において、ある条件の元で仕事として取り出すことのできるエネルギーとして自由エネルギーが定義される。自由エネルギーには、ヘルムホルツの自由エネルギーギブズの自由エネルギーの 2 つがある。ヘルムホルツの自由エネルギー[8]は等温操作によって熱力学系から得られる仕事の最大値として定義される。ギブズの自由エネルギー[9]は等温等圧操作によって得られる仕事の最大値を与える。

自由エネルギーは、適切な変数の下では平衡状態の熱力学系のすべての情報を持った関数、すなわち熱力学ポテンシャルとなる。また、平衡状態は自由エネルギーが極小である状態として実現する。このように、自由エネルギーは理論的な道具として良い性質を持った量である。

一方、工学などの応用領域においては、熱力学系から実際に利用できるエネルギーに意味があり、それを評価する量としてエクセルギー[10]が考案されている。「自由エネルギー」および「エクセルギー」も参照
古典力学

古典力学
F = d d t ( m v ) {\displaystyle {\boldsymbol {F}}={\frac {\mathrm {d} }{\mathrm {d} t}}(m{\boldsymbol {v}})}
運動の第2法則
歴史(英語版)

分野
静力学 ・ 動力学 / 物理学における動力学 ・ 運動学 ・ 応用力学 ・ 天体力学 ・ 連続体力学 ・ 統計力学

定式化


ニュートン力学

解析力学:


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