▶No.006　電子の持つエネルギー

中学校では回路の電流の強さに関して、豆電球を点灯させる前後の電流の大きさは変わらない、とあります。また電流は電子の流れである、ともあります。豆電球が点灯すると、光や熱のエネルギーが放出されます。この時、電子の持つ何かのエネルギーが減らないと、エネルギー保存の法則が成り立たないと思うのですが、電子のどんなエネルギーが減少しているのでしょうか。

(2022/12/01　悩める教員)

 ▶No.006-1　エネルギーの保存

図は小冊子Vol.3のp.31にあるものです。 

電池に豆電球をつなげば、電池内の化学エネルギーが電気エネルギーに変化し、豆電球の端子に電圧が発生し、電流が流れ、フィラメントで熱エネルギーに変化して光を発します。

電池の化学エネルギーが電気エネルギーとして豆電球に伝わり、豆電球で熱エネルギーとして仕事をしたことになります。エネルギーの形態は変わりますが、保存されます。

伝わる電気エネルギーの伝わり方ですが、小冊子Vol.3の「本格的に考えよう」（pp.53-60）をご覧ください。電線があることで、電線の周りの空間に電界と磁界ができ、その相互作用で空間をほぼ光の速度で伝わります。

なお、図の電池を水力発電機に変えたとすれば、上述の「化学エネルギー」を「水の位置のエネルギー→水車の機械エネルギー→発電機の電気エネルギー」に置き換えて、水力発電機で起きた電気エネルギーを送電線を介して電気の消費地まで運んで、家庭の電球を光らせることになります。太陽光発電であれば、発電部分が「太陽光（電磁波の一種です）→太陽光発電パネルで電気エネルギー」への変換になります。「動画を使おう」のページの「みんなの知らないLED発電！？」動画をご覧ください。

ちなみに電子は増えもしないし減りもしません。素粒子の一種で、この宇宙の中で起きているすべての物理現象は、光と電子の相互作用で説明できるそうです。（→量子力学の話になりますね。）

（2022/12/25　Oちゃん）

 ▶No.005　電力が不足するとブラックアウトが発生すると言われています

電力は需要と供給が常に一致していなくてはならず、需給バランスが崩れると周波数が乱れて発電所が停止し、大停電におちいってしまうなどと説明がされています。

周波数が乱れると安全装置の発動によって発電所が停止するということですが、まず需給バランスが崩れるとなぜ周波数が乱れるのか、周波数が乱れるとなぜ安全装置が発動するのか、さらにそれがブラックアウトにどのように繋がるかについて、理由を含めてきちんと説明したものをみかけません。このあたりの解説をしていただけませんか。

（2022/02/18　独善居士）

▶No.005-1　Re:電力が不足するとブラックアウトが発生すると言われています

電力という商品は、一般の商品と異なり中間在庫を大量にもてない特質があり、時々刻々変化する需要に見合うように、瞬時に供給（発電電力）を調整してバランスを取っています。需要が増えた場合には、そのままにしておくと周波数が下がり、減った場合には周波数が上がってしまいますが、そうならないように発電機の運転を制御しています。

しかし、どのような状況でも制御できるわけではなく、津波、地震、火災等のさまざまな原因で制御しきれないアンバランスが生じることがあり、その時には停電してしまいます。このあたりの電力の特質や物理的性質については、電気の知識を深めよう小冊子シリーズのVol.5「電気を送る・配る」に記事がありますのでご覧ください。特質についてはpp.12-14が、物理的性質については第4章（pp.73-110）がお勧めです。著者からのメッセージ「Vol.5 電気を送る・配る」についてもぜひご一読ください。

ところでブラックアウトという言葉は、一般的には停電（電力の供給が望ましくない形で断たれることによって生じる暗闇）のことですが、電力システム全体が停電してしまう場合にも用いられることがあります。2018年9月6日に発生した北海道胆振東部地震では、北海道全域が停電しました。この停電は北海道ブラックアウトと呼ばれることもあります。このような事態になると、電力システムの再立ち上げはたいへん難しく、細心の注意を要する高度な作業になります。その作業はブラックスタートと呼ばれます。

（2022/02/18　Oちゃん）

▶No.004　 なぜ光は紙で遮られるのですか

紙は金属ではありません。光は電磁波ということですが、なぜ紙のような薄い非金属でその伝搬が止められるのでしょうか。電波ならば紙などは通過すると思うのですが。

（2022/02/16　初学者）

 ▶No.003　理科や電気の動画のウェブ情報
　このウェブの「動画を使おう」には社会連携委員会動画WGで制作した何本かの動画があり、また解説書などの情報もあって、制作に関与した側として結構よいできではと思っています。しかし理科や電気のわかりやすい説明は既にウェブ上にいろいろあって、知る人ぞ知る状態ではないかと思います。そのようなウェブ情報を教えていただけませんか。ちなみにこのウェブの動画の第1作を制作したときには、NIMS（物質・材料研究機構）の有識者にご指導いただきましたが、NIMSは優れた動画を何本も作っており、このウェブページの「つながる窓口」の「NIMS ムービーライフラリー」からリンクを貼ってあります。

（2022/02/15　Oちゃん）

 ▶No.003-1　Re:理科や電気の動画のウェブ情報

電気の部品や装置などを解説している「イチケン」というサイトがあります。ややマニアックなところもありますが、内容はしっかりしていると思います。

（2022/02/16　街の電気屋）

 ▶No.003-2　Re:理科や電気の動画のウェブ情報

私も，動画での教材に，興味を持っております。

動画ですと，youtube上の気になる動画について，情報共有します。The Engineering Mindset というところが作成している動画です。元々は、英語版のようですが、日本語化されているものも、あるようです。しかし，ときどき，不適切な日本語になっているものも，あると思います。

• オームの法則
• コンデンサの仕組みとは？
• インダクタの仕組みを徹底解説
• 電気モータの仕組み－三相AC誘導電動機
• トランジスタ徹底解説－トランジスタの仕組み

などが，日本語化されており，私は，非常に勉強になると考えております。

さらに，動画ではありませんが，Web上でのアニメーションとして，コロラド大学が，開発された教材も非常に参考になります。こちらが，トップページになります。様々な分野の教材があります。
電気電子系であれば，

• 電荷と電場
• オームの法則

などです。以上，参考になればと思います。

（2022/02/16　どこかの大学で，電気系の教員）

 ▶No.003-3　Re:理科や電気の動画のウェブ情報

早速、コロラド大学のウェブサイトを訪問しました。その中の「直流回路キット」を試してみました。慣れれば小学校の高学年でも遊び感覚で簡単な回路をつくれますね。このウェブサイトは初等中等教育に携わっている先生方に紹介したいと思いました。ありがとうございます。

私がお薦めなのは東京電力ホールディングスの映像解説「電気の原理」です。動画は14作あり、いずれもよく出来た作品だと感心しました。電気の正体では量子論の観点から作られていて参考になります。訪問してみてください。

（2022/02/17　Kuちゃん）

 ▶No.002　太陽電池で、教えて

太陽電池で発電できる波長の限界はあるのでしょうか。それは、理論的な限界でしょうか、それとも適当な材料が見つかってないためでしょうか。赤外線でも発電できるなら、エネルギーハーベスティングに使えそうですが。

　（2022/01/26　初学者）

 ▶No.001　電力システム あるいは 電力系統について

電気を送るとか配ることは、一般人にとってわかりにくいし、興味も感じない。でもそれにしっかり取り組まないと、カーボン・ネット・ゼロも推進できない。どのように説明したらよいだろう。

（2022/01/06　Oちゃん）

  ▶No.001-1　Re: 電力システム あるいは 電力系統について

　我が国では電気を安全に安定して需要家に届けることが実現されており、送配電の重要さに関心を持たない人が多いと思う。（災害などで停電の苦労を味わえば、送配電の重要さに気付くが。）
　送配電そのものに興味を持ってもらえないのなら、アプローチを変えて、カーボンニュートラルの実現に向けて、社会や産業の電化には送配電技術の研究開発が大きく貢献する（見方によっては、必須である）ことを具体的にかつ丁寧に説明することから始めてはどうだろうか。

（2022/02/15　タンタン）