北上大のレコーディングダイエット科学的検証|ダイエットのカロリー計算は本当に成立するのか

北上大がレコーディングダイエットを科学的に検証する。元ケミカルエンジニアの64歳の管理人が、自らの身体を材料として、エネルギー需給バランスと体重変化のデータを測定しながら、日々の摂取カロリーと消費カロリーを赤裸々に表示して、グラフで確認する。 果たして、摂取カロリーと消費カロリーのバランスで、体重コントロールは本当に成立するのか。

一人一人の目的・体に合わせた個別のトレーニングメニューを処方する新感覚トレーニング
 『Dr.9 (ドクター9)』須賀一柳 (スガカズヤ )

カテゴリ:ダイエット理論 > エネルギーの話

エネルギーを蓄えておけるのは、位置エネルギー化学エネルギーだけですね。

位置エネルギーとして大きいのは、降水によって大量の水を河川の上流や湖、ダムなどに貯めることですが、地形によって制限があります。
人類は、高地の水の位置エネルギーを利用して水力発電によって、生活や工業のための電気エネルギーを獲得しています。

しかし、現在、人類に最も大きなエネルギーを提供しているのは、化学エネルギーなのです。

主に化石エネルギーとも呼ばれていますが、石油や石炭、天然ガスなどです。

これらの原料は、古代の動植物の死がいであることは、皆さんご存知でしょう。

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石油、石炭、天然ガスはすべて、古代の動植物の死がいなどが地下で化学変化して溜まったものです。
その意味から、古代の生物の贈り物などといわれることがあります。

では、古代の動植物たちは、どんなエネルギーを溜め込んだのでしょうか?

実は、太陽の光と温度を利用した光合成によって、植物が太陽のエネルギーを化学エネルギーに変換して貯めたものなのです。
動物は光合成が出来ませんが、植物を食べることによって、体内に脂肪やたんぱく質の形に変えて蓄えました。

だから、元をただせば、化石エネルギーとは、太陽のエネルギーを地下に蓄えておいたものということが出来ます。

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主なエネルギーとして、次のようなものがあることを示しましたが、それらのエネルギーを、蓄積しておくことが出来るかどうか、考えてみましょう。
  ・熱エネルギー 
  ・光エネルギー 
  ・位置エネルギー
  ・運動エネルギー
  ・電気エネルギー
  ・化学エネルギー 


   ・熱エネルギーは蓄えられるか
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熱エネルギーを失うとは、熱いものが冷めることと、冷たいものが温くなる。
つまり環境温度と等しくなることです。

だから、断熱材で遮断することによって、熱を蓄えておくことが出来そうです。
熱エネルギーの保存例としては、魔法瓶を考えてください。

でも、完全な断熱材は存在しないので、いつかは放熱して環境温度と同じになります。

安定な状態で熱を蓄えておくことは出来ません

   ・光エネルギーは蓄えられるか
光エネルギーの蓄えとしては、夜光塗料を思い浮けべますね。
でも、夜光塗料は、光をタ蓄えているのではありません。

厳密に言うと、光を化学物質に置き換えてから、再び発光しているのです。
光の保存は、特殊な研究施設で成功したらしいとの報告もありますが、一般的には光は蓄えられません

   ・位置エネルギーは蓄えられるか
高い位置にある物質を動かさなければ、位置エネルギーは変化しません。
物質(水も含む)が、動かないように固定しておけば、位置エネルギーは蓄えられます

   ・運動エネルギーは蓄えられるか
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動いているもの(回転や移動)が止まってしまうのは、空気や地面との摩擦によって、運動エネルギーが熱に変わって放熱するためです。

摩擦がまったくない状態ならば、運動エネルギーは変化しませんが、地上で摩擦がない条件は作れませんから運動エネルギーを蓄えておくことは出来ません

バネやぜんまいで動力を蓄えておくことが出来そうですが、バネやぜんまいは弾性エネルギーであり、運動エネルギーではありません。

弾性エネルギーは、物理学の世界では、位置エネルギーの一種とみなされています。
揚水発電のように、運動エネルギーを一旦位置エネルギーに変換して蓄えておくことは出来ます。

   ・電気エネルギーは蓄えられるか 
電気は、導電物質を通って、放電してしまうので電気を蓄えておくことは出来ません
蓄電池があるじゃないかと思うかもしれませんが、蓄電池は、電解質という化学物質に置き換えて、化学エネルギーとして蓄えているのです。 

   ・化学エネルギーは蓄えられるか
化学エネルギーとは、可燃物質として蓄えておくのが最もわかり易いですね。
太陽の光を浴びて植物が育ち、やがて焚き木になります。
焚き木は、火をつければ熱を発するエネルギー源です。
この現象は、光合成によって、光エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄えられることを意味しています。
樹木は、長い年月で石炭や石油になり、炭素エネルギーとして現在の工業エネルギーの源になっています。
石炭、石油、天然ガスなどは、地球の長い歴史のカで、太陽のエネルギーを化学エネルギーとして蓄えてきた財産です。


   ・有効に蓄えられるエネルギーは化学エネルギー(有機物)である 
まとめてみると、通常の生活でわたしたちが接する各種のエネルギーで 蓄えておくことが出来るのは、位置エネルギーと化学エネルギーだけなのです。
その中でも、使いやすいエネルギーとして活用できるのは、可燃物として大量に蓄えられる有機物です。
 
有機物とは、炭素と水素と酸素を主成分とする化合物ですが、植物や動物の構成物質である、たんぱく質、でんぷん、脂肪、各種アミノ酸などが有機物です。 

電気エネルギーがいろいろなエネルギーに変換することを書きました。
エネルギーはいろいろな種類があります。
   ・熱エネルギー 
   ・光エネルギー 
   ・位置エネルギー
   ・運動エネルギー
   ・化学エネルギー 
これらのエネルギーは、相互に変換します。
変換の例をいくつか示します。

  ・熱エネルギー   ⇒  ・運動エネルギー
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 蒸気機関車は、石炭を燃やした熱で蒸気機関を動かして運動エネルギーに変換します。

  ・運動エネルギー ⇒  ・熱エネルギー 
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手で擦って摩擦を起こすと、発熱して火を起こすことが出来ます。

   ・位置エネルギー ⇒    ・運動エネルギー
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水車は、高い位置の水の位置エネルギーを利用して回転する運動エネルギーに変換しています。

また、傾斜を利用したソリや滑り台も位置エネルギーを運動エネルギーに判関している例です。


   ・光エネルギー  ⇒    ・化学エネルギー 
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現在ではデジタルカメラに押されて、出番が少なくなりましたが、写真のフィルムや印画紙は光に当たると感光して色が変わります。
これは、光エネルギーが化学エネルギーに変換されたことを意味しています。


   ・化学エネルギー  ⇒    ・熱エネルギー と   ・光エネルギー 
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焚き木を燃やすと熱と光が出ます。
このときに、焚き木という化学物質が空気中の酸素と反応して、化学エネルギーを熱エネルギーと光エネルギーに変換しているのです。

このように、可燃物が酸素と反応して熱を発生する現象を燃焼といいます。

身体の中の糖や脂肪が酸化反応によって熱を発生する現象も燃焼と言い、エネルギー代謝において重要な意味があります。


電気エネルギーの変換例を示しませんでしたが、電気エネルギーはすべてのエネルギーから作り出すことが出来ます。
 水力発電、火力発電、原子力発電、太陽電池、乾電池、電気うなぎ など。

次回は、エネルギーは溜めることが出来るお話をします。 

前回は、いろいろなエネルギーの種類があることを説明しました。
今回は電気エネルギーは、いろいろなエネルギーに変化することを説明します。

最初に次の図を見てください。
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〔1〕光エネルギーへの変換
  上の図では、蛍光灯を示していますが、電球でもLEDでも構いませんが、電気は容易に光エネルギーに変換できます。

〔2〕運動エネルギーへの変換
  0-21扇風機が風を起こす運動を例に示していますが、電車や電気自動車も電気を運動エネルギーに変換していますね。

電気エネルギーを運動エネルギーに変換するときに利用される基本技術のほとんどは電磁石です。
電磁石の組み合わせでモーターが作られ、モーターを応用して、各種の動力が生まれています。

〔3〕熱エネルギーへの変換
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電気から熱エネルギーへの変換は、熱くなるだけではありません。

  エアコンは、ヒートポンプの原理を使って、部屋を温めたり冷やしたりすることが出来ます。

 また、冷蔵庫は、冷やすことが専門ですが、裏側からは熱を放出しているので、温めることと冷やすことを同時にやっているのです。

 どちらも、電気エネルギーを熱エネルギーに変換している例です。
〔4〕位置エネルギーへの変換
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左のようなマンションでは、屋上の貯水槽の中の水が、水道配管内を通って各家庭の蛇口から水が出てきます。
このときに、電気を使っているのでしょうか。

いいえ、水道水は、屋上の貯水槽の高さによる水圧で、蛇口に流れてくるのです。
水圧の元はなんでしょうか。
実は、これが上にある方が高いという、位置エネルギーなのです。

予め電気を使ったポンプで水を屋上の貯水槽に汲み上げておけば、停電でも水道が使える訳です。

これで、電気が位置エネルギーに変換できたことが分かります。


〔5〕化学エネルギーへの変換
batter電気を蓄電池にためておくことが出来ますが、このときに、電気はどのようになっているのでしょうか。

実は、目には見えませんが、化学物質に変化して蓄電池の中に溜まっているのです。

ここで、電気が化学エネルギーに変換されていることが分かります。


このように、電気エネルギーは、いろいろなエネルギーに変換することが出来ます。
電気エネルギーがあれば、生活に便利な道具がたくさん出来ますが、すべて、エネルギーの変換技術が重要な役割をしています。

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ダイエットを科学的に考えるときに、エネルギーのことを理解しないと、本質的なことが見えてきません。
まず、今回は、エネルギーについて、考えてみましょう。

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物質の状態が変化するときの、源になる力をエネルギーといいます。
物質の状態が変化するとは、動いたり、温まったり、光ったり、煙になったり、しびれたり、成長したり、燃えたり
  ・石ころが移動する
  ・水が蒸発して水蒸気になる
  ・りんごが樹から落ちる
  ・ろうそくが光る
  ・雷が光る
  ・川が流れる
  ・風が吹く
  ・犬がほえる

とにかく、何らかの変化があるときには、エネルギーの変化があるのです。

具体的にエネルギーの名前を挙げてみましょう。  
 ・電気エネルギー
 ・熱エネルギー 
 ・光エネルギー 
 ・位置エネルギー
 ・運動エネルギー
 ・化学エネルギー
 ・核エネルギー 

たくさんありますね。

電気エネルギーの単位〔kwh〕です。
  身近なので、概念は良く分かりますよね。触るとビリビリするやつです。
  電気はいろいろな用途に使えますね。
   ・蛍光灯やLEDで光ります
   ・冷蔵庫で冷やします。
   ・アイロンで熱くなります。
   ・モーターで電車を動かします。
   ・扇風機で風を起こします。
   ・テレビやコンピュータ、携帯、スマホ、なども電気で動きます。

熱エネルギーの単位は〔J〕ですが、ダイエットでは〔cal〕を使います。
  ・熱したり冷やしたりするときに移動する力の元が熱エネルギーです。
  ・水の中に熱く焼けた石を投げ入れるとジューと音がして、お湯になります。
   このとき、石が持っていた熱エネルギーが水に伝わってお湯になります。
  ・人間の体温が暖かいのも熱エネルギーのおかげです。

光エネルギーの単位は〔J〕か〔w・sec〕ですが、一般的ではありません。
   ルーメンやカンデラは明るさを表す単位でありエネルギーではありません。
  光を発する現象で確認できます。
  ・太陽が輝くのは、大きな光エネルギーが地球に届くからです。
  ・ろうそくや焚き火が光るのは、光エネルギーを発しているからです。
  ・蛍やヒカリゴケが光るのも、光エネルギーを発しているからです。

位置エネルギーはちょっと分かりにくいですね。
  ・高いところにある物質は、低いところにある物質よりも大きなエネルギーを持っているのです。
  ・ニュートンは、りんごが落ちる現象をみて、万有引力の法則を発見したそうです。
  ・地上にあるりんごは悪さをしませんが、樹の上から落ちるりんごは、ニュートンをいじめます。
   高いところにある方が偉いのが、位置エネルギーの特徴です。
   落下する力と言っても良いかもしれません。
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運動エネルギーは、物質の移動に関わります。 
  ・自動車が動くには、運動エネルギーが必要です。
  ・モノを持上げたり、動かしたりするのも運動エネルギーです。
  ・プロレスの激しい試合は、ほとんどが運動エネルギーが原動力になっています。

化学エネルギーは目に見えないので理解しにくいですが化学反応で発生するエネルギーです。
  ・乾電池の中では、化学反応を起こして電気エネルギーを作っています。
  ・ダイナマイトは、化学反応で巨大な運動エネルギー(爆発)を発生します。
  ・使い捨てカイロは、鉄分が空気中の酸素と反応して熱エネルギーを発生します。

核エネルギーは、物理的には、質量がエネルギーに変化する現象です。
  ・理屈はともかくとして、原子力発電所の原理です。
  ・悪く使えば、核兵器(原爆)が出来ます。
  ・太陽の熱と光は、核エネルギーの産物です。

一回で、エネルギーからダイエットまで話をつなげると長くなるので、今回はここまでにします。

次回には、エネルギーは変換することを学びましょう。

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