問 題
発電方式に関する次の記述の ㋐，㋑，㋒ に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。
・ 風力発電は，風の運動エネルギーを利用する発電方式であり，風車の単位時間当たりの風力エネルギーは，風車の受風面積に比例し，風速の ㋐ 乗に比例する。
・ 燃料電池発電は， ㋑ と酸素とを化学反応させて電気を発生させる発電方式である。
・ ㋒ 発電は，地下から発生する天然蒸気を利用する発電方式である。
㋐ ㋑ ㋒
1． 2 炭素 地熱
2． 2 水素 バイオマス
3． 3 炭素 地熱
4． 3 炭素 バイオマス
5． 3 水素 地熱
解 説
風車の単位時間当たりの風力エネルギーは
受風面積に比例し、風速の３乗に比例します。
知らなくても本問は ㋑、㋒ を判断することで正答できますが、重要な知識なのでぜひこの機会におさえておきましょう。
ちなみに、なぜ３乗かというと、まず風の運動エネルギーは mv2 です。ここだけ見ると「風速の２乗じゃないか？」と思うのですが、m がさらに 風速 v の１次式となります。なんとなく「あー、風速が大きいほど 風がどばーっと流れるから、風車にあたる単位時間当たりの空気の質量、多くなるもんね」というイメージでよいです。ちゃんと式を考えれば以下のようになります。
すなわち
空気の密度を ρ とおくと、風速 v なら、空気は風車受風面積 S、一辺 v、体積 S × v だけ風車に流れます。質量は一般的に「体積 × 密度」です。従って、m = (Sv) × ρ となります。S,ρ は定数なので、m は v の一次式です。
燃料電池発電は、水の電気分解（2H2O → H2 + O2）の逆反応です。従って、水素と酸素を化学反応させて電気を発生させます。
地下から発生する天然蒸気を利用する発電方式は、地熱発電です。ちなみに、バイオマス発電とは、稲わらや建築廃材など、植物由来の生物資源（バイオマス）を直接燃焼する発電方式です。
以上より、正解は 5 です。
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