水素ガスを大きな風船などに詰めるとその浮力で高空まで重さのあるものを持ち上げることができますが、その場合に獲得された位置エネルギーはどこからもたらされるのでしょうか。エネルギー保存則は守られているはずですがよくわかりませんのでどなたか教えてください。

質問者からの補足コメント

  • どう思う?

    No.1の方、早速のご回答ありがとうございます。それで説明できるのであれば重力は継続して働くため水素ガスに重りを付けた風船を次々に飛ばし、上空で重りを切り離せばその位置エネルギーは運動エネルギーに変換できるので発電などに利用できると考えてもよいのでしょうか。(水素ガスの生産に必要なエネルギーは水素の燃焼などで回収できるとする場合です。)もう少し回答を補足していただければ助かります。

      補足日時:2017/05/20 17:21
  • うれしい

    浮力を利用して永久機関的な発電が原理的に可能なことが分かりました。ありがとうございます。それにしてもエネルギー保存則より、発電で得られたエネルギーに対応するエネルギー減少があるはずですがどこのどのようなエネルギーなのかはやはり気になるところです。私ももう少し考えてみますが、もし思い当たるものがあればご教唆ください。

      補足日時:2017/05/22 12:40
  • ご連絡ありがとうございました。
    私方で考えた位置エネルギーの出所は結局太陽の熱エネルギーではないかと思います。平地の水を蒸発させて上空の雲や雨にするには平地の気温が必要であり、太陽がなくなり水が凍結すればこのような現象は起こらなくなると考えられます。同じように水を電気分解しての水素ガス生成は吸熱反応ですので太陽がなくなり水が凍結すれば水の電気分解ができなくなります。つまり太陽熱が位置エネルギーの元になっているのではないかと思います。先生からご回答を得られたことにより自分の考えを深めることができましたこと、ありがたく存じます。

      補足日時:2017/05/26 11:11
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A 回答 (3件)

No.1&2 です。

「補足」に書かれたことについて。

>浮力を利用して永久機関的な発電が原理的に可能なことが分かりました。

永久機関ではありません。「浮力」を発生させるために、浮力以上のエネルギーを与えなければいけません。

>それにしてもエネルギー保存則より、発電で得られたエネルギーに対応するエネルギー減少があるはずですがどこのどのようなエネルギーなのかはやはり気になるところです。私ももう少し考えてみますが、もし思い当たるものがあればご教唆ください。

浮力を発生させるために、その「空気」なり「水」を押しのけて、そこに「風船」を設置するためのエネルギーです。その地点の「大気圧」なり「水圧」に打ち勝って風船の体積を膨らませるに要するエネルギー、もしくは風船を「おもりを離す高度」から地上にまで引き下ろすのに要するエネルギーです。

「その程度のエネルギーなら容易に与えられる」とお考えかもしれませんが、それによって得られる発電量は高々「その程度のエネルギー」以下にすぎないということなのです。
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No.1です。



>それで説明できるのであれば重力は継続して働くため水素ガスに重りを付けた風船を次々に飛ばし、上空で重りを切り離せばその位置エネルギーは運動エネルギーに変換できるので発電などに利用できると考えてもよいのでしょうか。

できるでしょう。

そもそもの「水力発電」は、そうやって「空気の温度(=密度)」の違いによる浮力で上空に上昇した空気中の水蒸気が雨となって地上に落ちて、「高いところに落ちた雨」の位置エネルギーを利用して発電すものです。
こういった「地表面近くで温められた空気(密度が小さい)」が上昇気流となって雲を発生するのも、重力に起因する「浮力」の作用です。

お示しの「風船+おもり」による発電も、採算が取れれば(与えたエネルギーよりも多くのエネルギーが持続して得られれば)、十分実用性があると思います。
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「風船」が押しのけた「流体」(空気や水)に働く重力です。

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