膨張・収縮を目で見て楽しく <ものの温度と体積>

1 石鹸水で空気の膨張・収縮を示す

空気の温度と体積空気の膨張空気の収縮

空気の膨張と収縮空気の温度と体積

 台所用洗剤を3倍程度に水で薄めて、旧給食用の皿に入れて配る。それを指2本に取って、フラスコの口に石鹸膜を張る。

 手で温めるだけでも石鹸膜は膨らんでくる。氷で冷やすと首の中を下がっていく。もう一枚石鹸膜を張ると…というと何枚も首を下がっていく。

 それを湯で温めると、ダルマのようなシャボン玉がフラスコの口に出来る。

 湯は、湯沸かしポットで準備しておき、水で倍ほどに薄めるので、50℃程度。やけどの心配もない。

 風船や空気鉄砲の弾を飛ばそうと思うとかなり膨張させねばならず、こんな低温では難しい。その点、シャボン玉は反応が早い。

2 ガラス管で、水の膨張・収縮を示す

1.2mのガラス管で水の膨張ゴム栓ガラス管

 外径5mm、長さ1.2mのちょっと細めのながぁいガラス管を用意している。これを、水で満たして空気を入れぬようにしたフラスコにゴム栓をして、水位をテープで表示しておく。長いので、倒れないようにスタンドに固定、ガラス管もマスキングテープで支持棒にくくりつけておくと安全。

 それをガスバーナーで熱する。ガラス管が細いので水位がどんどん上昇して1.2m先からあふれる。あふれたら火を止めようというのが約束。「あんなに上まで上がった」って驚きがこの実験の楽しさ。

 あふれた時点でのフラスコの水の温度は60℃程度。常温から40℃ほどの加熱だ。やけどの心配は無いが、長いガラス管の取り回しには細心の注意が必要。ノート記録をしている間に大人の手で回収してしまう方が良い。

 冷やす方は、40cmの長さのガラス管を用意している。普通の太さのガラス管、外径6mmで湯のガラス管より少々太い。しかも、常温から冷やすと言っても氷水ではせいぜい10℃ほどしか下げられない。水位は数センチ下がるだけ。なので、加熱した方の水位が冷めるにしたがって下がるのも観察させておきたい。

3 膨張試験器で、金属の膨張・収縮を示す

断熱板断熱板

金属の膨張実験金属の膨張実験金属の膨張実験

 金属の膨張は、ガスバーナーで400℃位まで加熱する。火傷と実験器具の置き場の注意が欠かせない。

 加熱した金属球を触ることはないだろうが、特に、木柄の先の金属部分が相当熱くなっているのには気が付かないから、注意しておくことが必要。

 置き場として、断熱版を用意している。住宅の外壁に使用している窯業系サイディングボードだ。熱い実験器具はこの上に置くことにしている。

 加熱した実験器具は水で冷やす。高温なので水がはじけ飛ぶので、ゆっくりと冷やすのがコツ。また、冷やした水は相当熱くなっているので、その都度新しいい水に取り換えて使うのが良い。

4 膨張の大きさは、空気>水>金属

 空気は、内径20mm超のフラスコの口で見た。水は、内径2mm程度のガラス管だった。金属は、測っても分からないので輪を通して確かめた。

 膨張率なんてこだわりを持たなくても良いが、気体、液体、固体では膨張する量が違うってことぐらいは気づいてほしいもんだ。

5 膨張試験器は、噛みこんで離せなくなるもの

金属膨張試験器を直す

 常温で通り抜けない方の輪は、よく金属球が噛みこんで離せなくなる。「通るようになった」と喜んでいるうちに、輪の温度が下がってしまって、球を挟み込んでしまうのはよく起きることだ。

 で、そうなったのは引き上げて、準備室のガスコンロで炙りながら、上からガスバーナーで輪の付け根部分を中心に炙る。抜けそうな方向に金づちでつつくと外すことが出来る。

6 生活に生かす理科を

ジャム瓶

 温めたら膨らむワ、ってのがこの単元の収穫。それを生活に生かしてこそ生きた科学だ。で、こんな問題を出してみた。

 蓋をコンロでちょっと熱いぐらいまで炙って回すとフタをあけることが出来る、って気がついてほしいもんだ。

 

 

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最終更新日: 2020/08/07

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