ミライくん、外を走っている車を見てごらん。あの車を動かしているガソリンエンジンも、実は物理の「熱効率」という考え方がぎゅっと詰まった機械なんだよ。

そんなに難しく考えなくて大丈夫だよ。熱効率を一言でいうなら「注ぎ込んだ熱のうち、どれだけ無駄なく仕事に使えたか」という、いわば「コスパ」のことなんだ。

その通り。じゃあ、具体的に考えてみよう。エンジンの中にガソリンと空気を入れてドカンと爆発させると、すごい「熱」が発生するよね。仮に、この爆発で「１００」の熱エネルギーが生まれたとする。ミライくんは、この１００の熱が全部、車を走らせるためのパワー（仕事）に変わると思うかい？

いいところに気づいたね！実は、そこがポイントなんだ。１００の熱を入れても、そのすべてをタイヤを回す力に変えることはできない。どうしてもエンジンの本体を温めてしまったり、外に逃げていったりする無駄な熱が出てしまう。もし、１００の熱のうち「２０」だけが車を動かす力になって、残りの「８０」が外に逃げてしまったとしたら、このエンジンのコスパはどうかな？

そうだね。このときの「０．２」や「２０パーセント」という数字が熱効率なんだ。式にするとこうなるよ。
熱効率 ＝ 使った仕事 ÷ 注ぎ込んだ熱
つまり、今回の場合は、２０ ÷ １００ ＝ ０．２ だね。

それは全人類の夢だね（笑）。でも、物理の世界には「熱は高いところから低いところへ流れる」という絶対的なルールがあるんだ。熱機関が動き続けるためには、熱を取り込む場所（高温）と、熱を捨てる場所（低温）が必要なんだよ。熱をどこにも捨てずに全部仕事に変えることは、実は宇宙のルールとして「不可能」だと決まっているんだ。

その通り。だからこそ、科学者たちは「いかに無駄を減らして、熱効率を０．２から０．３へ、さらには０．４へと引き上げるか」を競い合っているんだよ。ちなみに、一般的なガソリンエンジンの熱効率はだいたい３０パーセントから４０パーセントくらいだと言われている。

そうだよね。でも、その捨てている熱をもう一度回収して暖房に使ったり、別の機械を動かしたりする工夫も進んでいるんだ。ここで、テストでよく出るもう一つの考え方を教えるよ。
「逃げていった熱」に注目してみよう。さっきの例で、１００入れて２０が仕事になったなら、逃げた熱は引き算で出せるよね？

そう。ということは、熱効率の式はこう書き換えることもできるんだ。
熱効率 ＝ （注ぎ込んだ熱 － 逃げた熱） ÷ 注ぎ込んだ熱
これを使えば、もし問題に「仕事の量」が書いていなくても、「入れた熱」と「逃げた熱」さえわかればコスパが計算できるんだよ。

その意気だ。じゃあ、ミライくんにクイズを出してみよう。
あるストーブ付きの蒸気機関に、石炭を燃やして５００の熱を与えました。そのうち３５０の熱が、煙突から外へ逃げてしまいました。この機械の熱効率はいくらになるかな？

素晴らしい！完璧だよ、ミライくん。その計算ができれば、もうマスターしたも同然だ。

それはよかった。熱効率を考えることは、地球の資源を大切に使うことにもつながる大切な視点なんだ。これから街で車や工場を見かけたら、「あの機械の熱効率はどれくらいかな？」と考えてみると、世界が少し違って見えるかもしれないね。