みんなは、「永久機関（えいきゅうきかん）」っていう言葉を聞いたことがあるかな？
この言葉は、文字通り「永久に動き続ける機械」のことなんだ。
つまり、一度動き始めたら、ずーっと止まらない機械だよ。
例えば、おもちゃの車を動かすとき、手で押したり電池を入れたりするよね。
車が動くためには、ガソリンを使ってエンジンを動かして入るよね。
知っての通り、身近なものを動かすには、何かしらの力を加える必要があるんだ。
でも、「永久機関」は、その力を一切必要としない。
何もエネルギーを使わなくても、永遠に動き続けることができる。
そんな、夢のような機械なんだ。
第一の永久機関
「永久機関」には、二つの種類があるんだよ。
一つ目は「第一種永久機関」。
これがどういうものか、具体的に見てみよう。
まず、車輪を思い浮かべてみて。
車輪がくるくる回り続けるとき、その動きを続けるためにはエネルギーが必要だよね。
誰かが押したり、エンジンで回したり、流れる水の力で回したり…。
でも、もし第一種永久機関があったら、その車輪は何のエネルギーも使わずに、ずっと回り続けることができるんだ。
実際には、摩擦（まさつ）や空気抵抗という力が働いて、車輪はだんだんと止まってしまう。
つまり、第一種永久機関は、こういった摩擦や抵抗を全く受けないで動き続ける機械のことなんだ。
でも、どんなにすごい技術を使っても、今のところ第一種永久機関を作れた人はいない。
現状では、エネルギーが何もなくても動く機械は、「エネルギー保存の法則」という法則に反してしまうからなんだ。
第二の永久機関
次に、第二の永久機関、「第二種永久機関」について考えてみよう。
第二種永久機関というのは、「熱を100%エネルギーとして利用して、何のエネルギーも無駄にならず仕事をし続けることができる機械」のことなんだ。
たとえば、熱をエネルギーに変換する仕組みとしては、蒸気機関やエンジンがあるよね。
これらは、燃料を燃やして熱を生み出し、その熱を使って機械を動かすんだ。
でも、実際にはその全ての熱を効率良く使えるわけではなく、いくらかは無駄になってしまう。
これは、熱が周囲に放出されたり、摩擦で失われたりするからなんだ。
第二種永久機関というのは、このような無駄を一切出さずに、熱を100%仕事に変えることができる機械のことなんだ。
つまり、ある高温の物から熱をもらって、その全てをエネルギーに変換し、冷たい側に熱を逃がさないで働き続ける、ということだよ。
でも、現状ではこれも実現できていない。
なぜなら、「熱力学第二法則」という自然のルールがあって、これによって「熱を完全に仕事に変換することはできない」と言われているからなんだ。
永久機関は本当にできるの？
昔から、たくさんの科学者たちが「永久機関を作れたらすごいことになる！」と考えて挑戦してきたんだ。
でも、どれも上手くいかなかった。これは、自然の法則が原因なんだ。
エネルギー保存の法則
一つ目は、さっきも出てきた「エネルギー保存の法則」というルール。
これは、「エネルギーは消えたり、増えたりしない」という決まりだよ。
何かを動かすためには、どこかからエネルギーをもらわないといけないんだ。
エネルギーを全く使わずに動き続けることは、自然の法則に反するんだよ。
熱力学第二法則
さらに、「熱力学第二法則」という難しいルールもあって、これは「エネルギーは使われると、必ず少しずつ無駄になる」ということなんだ。
たとえば、エンジンが動くとき、全てのエネルギーが車を動かす力に変わるわけではなく、少しは熱や音など、他の形で失われてしまうんだ。
このルールも、永久機関が作れない理由の一つなんだよ。
もし永久機関が実現したら？
じゃあ、もしも永久機関が本当に作れるようになったらどうなるんだろう？
もし永久機関が実現したら、まずエネルギー問題が解決されるよ。
今の世界では、車を走らせるためにはガソリンが必要だし、家の電気を使うには電力会社からエネルギーをもらわなければならない。
でも、永久機関があれば、車や家は何もエネルギーを使わずに動き続けることができるんだ。
ガソリンスタンドに行く必要もなく、電気代もかからなくなるかもしれないね！
さらに、宇宙探査も大きく進むことが期待されるよ。
宇宙ではエネルギーを補給するのがとても難しいんだ。
でも、永久機関があれば、宇宙船は永遠に動き続けることができるから、もっと遠くの惑星まで探査できるかもしれない。
また、地球環境にも良い影響を与えることができるかもしれないね。
今、世界中で問題になっているのは、石油や石炭を使ってエネルギーを作るときに出る「二酸化炭素」というガスなんだ。
このガスがたくさん出ると、地球がどんどん暑くなってしまうんだ。
その究極系が、お隣の惑星「金星」の姿なんだよ。
でも、永久機関があれば、こういった環境への負担を大幅に減らすことができるかもしれない。
それでも挑戦は続く！
この画像を見てほしい。
過去の様々な科学者たちが開発してきた「永久機関」だよ。
でも、実際にはこれらは永久機関ではなかったんだ。
それでも科学者たちは、今でも新しい発見を目指して研究を続けている。
永久機関そのものを作るのは難しいけれど、もしかしたら別の方法で、とても効率の良いエネルギーを使う機械が発明されるかもしれない。
みんながもし科学に興味を持って、いろんなことを学べば、将来は未来を大きく変える発明をする科学者になれるかもしれないね！
まとめ
永久機関は、「エネルギーを全く使わずに永遠に動き続ける機械」のことだよ。
第一種永久機関は外からのエネルギーを一切受け取らずに動く機械で、第二種永久機関は温度差を使って動き続ける機械なんだ。
ただ、どちらも自然の法則に反しているため、現状では作れないことがわかっているんだ。
でも、もし永久機関が実現したら、エネルギー問題が解決し、宇宙探査が進み、地球環境も良くなる可能性があるんだ。
科学の世界は日進月歩。
まだ見ぬ発見を目指して、これからもいろんなことにチャレンジしてみよう！
【引用元】
トヨタ産業技術記念館
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