臍（へそ）で茶が沸かせるか？

臍（へそ）で茶が沸かせるか？
備中高松城を水攻めにし、鳴かぬホトトギスを無理やり鳴かせ、懐の熱で草履を温めた秀吉で
も、臍の熱で直接茶を沸かすことは不可能です。水が高地から低地へ向かって流れ、沼地につく
られた高松城を囲ったように、熱も高温から低温に向かって流れるものであり、その逆は決して
起こりません。しかし、それは、低温と高温しかない場合であり、第 3 の熱源があれば、低温か
ら高温への熱の移動も可能になります。つまり、環境を第３の熱源として用いることにより、臍
で茶を沸かすことも可能となります。
●○ペルチェ効果とゼーベック効果○●
ペルチェ素子と呼ばれる素子に電流を流すと温度差が生じます。また、この素子に温度差を与
えると、今度は起電力が発生します。前者をペルチェ効果、後者をゼーベック効果と呼びます。
ペルチェ素子は半導体からできていますが、電流を流すと光を発する発光ダイオードや光を当て
ると起電力が生じる太陽電池もこの仲間と考えてよいでしょう。
●○熱電変換器○●
右図はゼーベック効果を利用した熱電変換器です。氷と湯の
温度差によって発電し、ファンが廻ります。最近では、体温と
気温の温度差で発電し、それを電源とした腕時計もあります。
臍と環境の温度差で発電し、その電力を用いれば、熱い茶を
沸かすことも、水を冷やして氷を作ることも原理的には可能と
なります。
●○エクセルギー○●
聞きなれない言葉ですが、有効エネルギーのことです。そし
て、エクセルギーが含まれる割合を、そのエネルギーのエクセ
ルギー率といいます。力学的エネルギーや電気的エネルギーは
エクセルギー率 100 パーセントのエネルギーですが、熱源から
放出される熱エネルギーは、熱源の温度が高いほど、エクセル
熱電変換器
ギー率は高くなります。人間一人の出す熱と 100Ｗの電気ヒー
ターが出す熱を比較すると、熱の量としては等しくなりますが、人の熱では、電気ヒーターのよ
うに、直接茶を沸かすことはできません。電気ヒーターの熱はエクセルギー率が高く、人の熱は
エクセルギー率が低いことになります。臍で茶を沸かすためには、臍の熱からエクセルギーを抽
出しなければなりません。エクセルギーを抽出したあとの、役に立たないエネルギーの捨て場所
が環境です。煎じ詰めれば、高温の物体でも、低温の物体でも、高圧の物体でも、低圧の物体で
も、環境と非平衡にあるものは、全て、多少なりともエクセルギーを持つことになります。
担当学生：小瀬良啓一、山川慎悟 講師：後藤信行