UA-119493607-1 ガラスビン電球を作る | らくらく理科教室
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シャープペンシルの芯(炭素の単体)をフィラメントにして、乾電池を用いて電気を流すと光ります。空きガラスビン中に入れると、まるで電球のよう。細い芯に電気が流れると、抵抗が高くなり、熱や光エネルギーが光が放出されることを利用しています。

「動 画」シャープペンシルの芯が光る・電圧を操作すると比較的長く発光させることができる

実験プリント版

「実験テーマ」ガラスビン電球を作る

「学習項目」①  黒鉛 ②導電性 ③電磁波

「画 像」アルミホイルを接点にして折れやすい芯を保護・気に電流が流れると、芯が燃え尽きてしまう。

 

「準備物」「操作手順」WEB非公開

「注意事項」

1.  芯の燃焼をできるだけ防ぐため、ビン内の酸素をあらかじめ排除しておく。携帯用カイロは、数時間前に入れておくのが望ましい。

2.  ワニグチリード線の固定は、厚紙を支えに使ってテープで張りつけても良い。

3.  クリップや付属部分もかなり熱くなるので、操作をやり直す場合は、装置が十分に冷えてから行う。

4.  一回の通電でかなり乾電池が消耗する。連続して実験する場合は、スペアの乾電池を用意しておく必要がある。

「解 説」

1.  芯が発光する

芯の主成分である黒鉛には導電性があり、シャープペンシル用の芯のように細い素材の場合は、電子が通過する際に、より熱エネルギーを生じやすいのです。これがある程度の温度になると、黒鉛そのものが光を放つようになります。この通電による発光は電磁輻射で、物体の温度に応じた波長の電磁波が輻射されるものです。始めは暗いオレンジ色が、徐々に芯の温度が高まり、黄色~白色へと明るく輝き出すのが観察されます。一般の照明具のフィラメントに、融点の高いタングステン(3,382K)が使われるのは、人が自然と感じる太陽の表面温度(約5,600K)に近づけるための工夫です。なお、芯が焼き切れる寸前の強く白い輝きが…

…省略…

2.  黒鉛の導電性

芯の主な素材である黒鉛(グラファイト)は、炭素原子どうしがsp2で平面に広がり強い共有結合でつながり、6角形の網状の構造をつくっています。残りの電子はπ結合により、平面から一定範囲内で自由に動けるので電気を導くのです。黒鉛は、物質全体としては、平面が層状になってファンデルワールス力で結合した層構造をしています。層状にはがれるへき開性を持つため、鉛筆の芯を紙面に押しつけると、はがれた黒鉛が文字や絵として認識されるの…

…省略…

「確認演習」

  1. フィラメントの通電発光のイメージを図説しなさい。
  2. 携帯カイロ等を入れる理由を答えなさい。
  3. 長持ちするフィラメントの条件とは何だろうか、考えられるだけ挙げなさい。

「参 考」山田暢司『身近なものを素材として使う実験』化学と教育2003年51巻4号p224

◇このブログで発信する情報は、取扱いに注意を要する内容を含んでおり、実験材料・操作、解説の一部を非公開にしてあります。操作に一定のスキル・環境を要しますので、記事や映像を見ただけで実験を行うことは絶対にしないで下さい。詳細は、次の3書(管理者の単著作物)でも扱っているものがありますので参考になさってください。


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