考察

1.測定結果の誤差の原因

ドライヤーも2気圧の窒素ガスも層流であると仮定して実験を行ったが距離依存性があった。どちらの風を起こす器具も乱流を発生しており、特異点が発生してしまったからではないかと考えた。
また、風のあたる面積がかざぐるまの面積よりも小さいと上手く回らなかったが、少し器具をかざぐるまから離してかざぐるま全体に風があたるようにすると予測通りにかざぐるまが回った。このことから、風の出力面積もかざぐるまの回り方に影響を及ぼすと考えた。

2.回転エネルギーと電気エネルギー

かざぐるまのエネルギー形態を考えるとき、どのようにエネルギー変換されていくのかを考えた。力学的エネルギーとエントロピー間に入るのは回転エネルギーや電気エネルギーとされている場合がある。
しかし、回転エネルギーにした場合風車の回る速さは一定だからエネルギー変化がない。そして、電気エネルギーにした場合電子は長い時間の区間で見たとき運動は一定だからエネルギー変化がない。よって、力学的エネルギーからそれぞれのエネルギーに変化する間に何らかの変換機構を定義する必要があると考えたため、”変換エネルギー”とした。新しく定義した変換機構を用いると①の場合は加法性状態量を示すエントロピーに変化し、②の場合は光エネルギーに変化したと表すことができ、回転エネルギーや電気エネルギーという言葉を使わないで説明できるのではないかと考えた。※導線の抵抗は無視できるほど小さい。

結論

・風力発電の効率を様々な形のかざぐるまを用いて検証できた。
・高校物理のエネルギー形態の過程に対して、変換エネルギーを新しく定義することでで提案できた。

参考文献

西尾信一.物理教育 第50巻.日本物理教育学会.2002
青野修.熱力学の大地法則とエネルギーの移り変わり.大学の物理教育　The Physical Society of Japan.2009.pp68-70