環境温度
20 ℃ m
＝1
T
1＝100＋273.15＝
373.15
m
＝8
T
1＝30＋273.15＝
303.15 T
0＝20
＋273.15
＝
293.15
100℃ 1リットル 30℃ 8リットル
熱量［J］ Q＝1×1×（373.15－293.15）＝80 Q＝8×1×（303.15－293.15）＝80 熱エクセルギー
［
J
］ET＝ 1×1×｛（373.15－293.15）
－293.15ln（373.15／293.15）
≒9.26
ET＝ 8×1×｛（303.15－293.15）
－293.15ln（303.15／293.15）
≒1.33
⇒二つはエネルギーは等しいが、エクセルギーは 100 ℃のお湯の方が約 7
倍大きい。熱エネルギーの捉え方
熱力学第二法則との関係
『エントロピーが増大する』ということは『エクセルギーが 減少する』ことを表す。
『エネルギーの質が低下する』ことを『エクセルギーが減 少する』と表す。 熱エネルギーの捉え方
環境との温度差が大きいほど、エネルギーの質は高い。cf
．化石燃料の燃焼温度は約1500 ℃
温度差の小さいエネルギーは、たくさんあっても使いにく い。cf
．海水の温度差発電などまとめ
持続可能な社会を実現するためには、非再生可能資源の使用 量を減らすことが，何より重要である。
エネルギーの変換は，方法により効率が異なる。火力や原子力 による発電は、熱エネルギーを、質の高い電気エネルギーに変 換するものであるが、多くのエネルギーを環境に捨てている。
日本では、火力と水力だけでも最大需要電力を賄えるだけの発 電設備がすでにあり、節電の取り組みとあわせて、原子力に頼 らない社会は実現できる。
熱力学第二法則により，部分的にエントロピーは減少しても，系 全体のエントロピーは必ず増加する。資源とエネルギーの利用 は、エントロピーの観点から捉えることが重要である。
エクセルギーの観点からは，自然エネルギーで化石燃料をすべ て代替することは難しい。エネルギー密度の特性に応じて使い 分けることで、より効率的な利用は可能である。参考資料
（※数式などに関する補足資料です。自主学習
に役立ててください）
エネルギーとエクセルギーの計算
エクセルギーの一般式
0
0
0
T S S P V V
U U
E
環境温度に対するエネルギーとエクセルギーE
：エクセルギー，U
：内部エネルギー，T
：絶対温度，S
：エントロピー，P
：圧力，V
：体積※添え字の 0
は、環境と同化したときのそれぞれの熱力学量を表す。 T
1T
0
mC
Q
P
0 0 1
0
1
ln
T T T
T T
mC E
T P熱量（熱エネルギー）
熱エクセルギー
Q
：熱量（熱エネルギー）［J
］，m
：質量［kg
］，C
P：定圧比熱［J
／kg
・K
］，T
1：物質の絶対温度［K
］，T
0：環境の絶対温度［K
］，E
T：熱エクセルギー［J］，ln
：自然対数→ お湯のもつエクセルギーの計算では、 1 リットル＝ 1kg 、
C
P＝ 1J ／ kg ・ K で変化しないものと仮定。
熱エクセルギー計算式の導出過程
0 0 1 0 1
0 1
0 0
1
0 0 T 0
T
0 0
ln
ln ln
ln 1 1
1 1
1 0 1
0
1 0 1
0 1 0
T T T T
T mC
T T
T mC T
T mC
T T mC T
mC
T T d T mC T
d mC
E
T T d mC T
E
E
T T d mC T
T dQ T
dE
dE T
d mC dQ
T T
d T
T
P
P P
T T P
T T P
T P T
P T T
T
P T
T P T
T P
められる。
が実行でき、次式が求 わらない物体では積分
比熱が温度によって変
で求められる。
はこれを積分した次式 ー
よって、全エクセルギ
けたものになる。
は、カルノー効率をか ー）
最大仕事（エクセルギ このときの熱量による
熱量は まで下がるときに出る
から 物体の温度が
とする。
っていく途中の温度を そこで、温度が下が
。 場合は温度が変化する ているのに対し、この
低温側にある系を考え
高温側、
ないほど十分な熱量が 機関は、温度が変化し
しかし、カルノーの熱
率で与えられる。
の仕事は、カルノー効 熱から取り出せる最大