エネルギー（コラム）

流体力学から数値計算まで

コラム：エネルギー

エネルギーを表す単位にジュールがある。これは

[\mathrm{J}]

で表される。とても便利な単位だと思う。物理的に全く関連性が無いかの様に思える単位を結び付けてくれるから、そう思う。お馴染みの運動量エネルギーは次式で表される。

\begin{aligned}[\mathrm{J}]&=[\mathrm{N}][\mathrm{m}]\\[6pt]&=\left[\mathrm{kg}\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^{2}}\right][\mathrm{m}]\\[6pt]&=[\mathrm{kg}][\mathrm{m}^{2}][\mathrm{s}^{-2}]\end{aligned}

熱エネルギーは次式で表される。

[\mathrm{J}]\cong0.239[\mathrm{cal}]

電気エネルギーは次式で表される。

\begin{aligned}[\mathrm{J}]&=\left[\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{s}}\right][\mathrm{s}]\\[6pt]&=[\mathrm{W}][\mathrm{s}]\\[6pt]&=[\mathrm{V}][\mathrm{A}][\mathrm{s}]\end{aligned}

繋げると次式で表される。

\begin{aligned}[\mathrm{J}]&=[\mathrm{kg}][\mathrm{m}^{2}][\mathrm{s}^{-2}]\\[6pt]&=0.239[\mathrm{cal}]\\[6pt]&=[\mathrm{V}][\mathrm{A}][\mathrm{s}]\end{aligned}

もちろん形態の違うエネルギーは、変換されるときにエネルギー効率が考慮されるので全く同じ量にはならない。しかし、形態の違う量を結び付けられる便利な単位でもあると思う。古典物理の異種格闘技のようである。もし、これらの単位を結びつける（例えば、カロリーを距離や質量で表す）式や法則があれば教えて下さい。