水のすがたの実験 <水のすがた>

1 沸騰のようすを観察する

水の沸騰の観察水の沸騰の観察水の沸騰の観察

 実験机ではガスバーナーが2本使えるので、沸騰の様子をビーカーとフラスコで二人で1実験としてやっている。

 ところが沸騰の早いチームがある。ガスバーナーの炎の調整のしかただ。炎の最も温度の高い部分が金網に当たっていると効率が良い。

2 これが水蒸気捕集装置

コック付き漏斗の使い道沸騰した泡の正体は水蒸気を捕集する

 中学校でも使い道がないと言われてしまったコック付きろうと。先の斜め切りをまっすぐに直して、水蒸気を集める実験に使うことにした。ふつうの漏斗とは別に「水蒸気捕集装置」として戸棚に入れている。

 右のようにビーカーで沸かした湯の水蒸気を捕集する漏斗として使う。水蒸気が100℃を超えるので、高密度ポリエチレンの袋を使う。120℃で軟化するという耐熱性のあるポリ袋。スーパーで買ったものを袋詰めするところに、ロール状の袋が置いてある、あの半透明でシャカシャカと音の出る袋だ。

水蒸気捕集装置を作っておく水蒸気を捕集する

 フラスコで沸かした湯の水蒸気を集める装置も作った。これにも袋をかぶせて捕集する。耐熱性がある袋なので、風船のように膨らんでいる。間違っても透明の普通のポリ袋は溶ける恐れがあるので使ってはいけない。半透明で分かりにくいが、巡視しながら内部に水滴がついていることを観察させたいものだ。

 左の、先の細いガラス管は、フラスコから出る水蒸気が、一旦湯気に変わって白くなり、やがて再び水蒸気になっていくのを観察するためのノズル。

煙突の水蒸気

 晴れた日の清掃工場の煙突から出ているもの、の写真。水蒸気→湯気→水蒸気、が観察できると、この煙突から出ている白いものは何か、ってことが答えられるようになる。

3 水蒸気を水に戻す装置

リービッヒ冷却器

 リービッヒ冷却管です。組んだ状態で準備室の戸棚に置いてあります。フラスコの水を熱すると水蒸気になり、冷却管の外側の水で冷やされて、再び水に戻ります。

 食紅などで水に色をつけておくと、透明の水がでてくるのが不思議です。コーヒーなどの香りがある水をつかうと匂いが移るようで、食塩水がおすすめ。得られた透明の水は、飲んでみたいって子が多い。

 これって、一種の防災教育なんです。鍋で飲用に向かない水を沸かして、鍋蓋についた水滴を集めると“飲める”ってわけです。

 しかし、小学校にこんなものが3本もあるんでしょうねぇ。

4 空き缶をクラッシュさせる

空き缶クラッシュ空き缶クラッシュ

 コーヒーのアルミボトル。水を入れて湯気が出るまで加熱する。二重軍手をはめてスクリューキャップで蓋をする。

 放置しているとボトルが凹む。大実験なら屋外でドラム缶を使ってたき火でする人もいるけど。

 なぜ、クラッシュしたかって、水蒸気が水に戻ってかさが小さくなったから。内圧が減って大気の外圧によってへこまされた、などいろいろ説明できそう。

 4年生なら水蒸気のかさだ。水から水蒸気にになると1700倍の体積になるんだから。それが戻ると真空に近い。家庭で作ったジャムを瓶詰めする時には、このほぼ真空と加熱殺菌とで保存性を高めているのだ。

5 フラスコ風船で考える

フラスコ風船フラスコふうせん

 説明が思いつきにくいのはこのフラスコ風船。どうやってフラスコの中で膨らませたか、ではなく、風船のまわりの水蒸気が水にもどってかさが減ったから。これも軍手をはめて急いで風船を口に取り付ける。フラスコ内に引き込むときに一部分が引き込まれて割れることがあるので、クッション付きの割りばしなどで介錯して、押し込んでやるとうまくいく。

 このフラスコ風船、再び温めると風船が外に出てきて膨らむ。加熱をやめるとフラスコの中に戻っていく。これで、どうやって作ったか考えられそう。

6 氷を作る

棒温度計の断面棒状温度計

 氷を作る実験の前に、温度計の扱い方の指導をしておく。写真は壊れた温度計の断面。ものすごく分厚いガラスで出来ている。それじゃぁ、弱い所はど〜こだ?ってね。液だまりが最も薄い。薄くないと温度が測りにくいからだ。

 氷になった時、そして片づける時に、アイスキャンデーの棒のように取り扱うので壊れるのだ。

 気休め程度かもしれないが、破損を少しでもふせぐために液だまりにストローを切ってかぶせている。

飽和食塩水で寒剤を氷を作ってみる氷をつくる

氷を作ってみる氷を作ってみる

 氷に塩を振って寒剤にして氷を作る実験。先に飽和食塩水を入れておくと、食塩水が低温を熱伝導するので空気で冷やすよりは効率がよくなる。ものの溶け方で廃棄物になる飽和食塩水を取り込んでおいて使用している。うまくいくと写真のようにマイナス15℃付近まで下がる。

 500mLのビーカーで実験をするとして、飽和食塩水を80mL、食塩を80g各班に配った。

 試験管を2本使って、片方は温度計を挿してスタンドに固定して動かさない方にし、片方は時々抜いて観察しても良いことにする。

 ビーカーの外側に水滴が付き、やがてそれが凍る。机間巡視で触らせてみることも必要。たまには指という体感温度計で計ってみるのも観察のひとつ。

 あらかじめ試験管の外にテープを貼って水位を記しておくと凍って膨張したのが観察できる。

 ビーカーの外側に貼ったマスキングテープは、非接触型温度計で測定するためのスポット。ビーカーの温度ではなくテープの温度を計っていることになるのだが、水や氷などはその向こうの赤外線に測定結果が左右されるので、赤外線温度計の使いこなし方の一つ。

 どれ位冷たいんやろ、って指を突っ込んで温度を感じてみるってのも大切にしたいところ。

 


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最終更新日: 2020/09/21

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