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エジソン電球に見立てたガラスビン電球の工作実験の動画を視聴し、各設問に答えること。

「動 画」シャープペンシルの芯が光る

「設問1」

エジソンは、ある素材を芯として用いることで、電球の耐久性を飛躍的に伸ばすことに成功した。その素材の優れた物理的・化学的特性について、50文字以内で述べなさい。

「設問2」

フィラメントに電気を流して発する光は、最初は赤黒く、次第に橙色~白色へと変化していく様子が観察できる。これらの光は、いわゆる炎色反応の光とは違い、物体の温度と関係があるらしい。この光の本質とは何か、100字以内で説明しなさい。

「設問3」

この動画の7分過ぎにある大きな変化が起こる。この変化を防ぐにはどうしたらよいだろうか?実験工作としてのアイディアを、発光時間を長く保つための工夫を実験工作の見地から具体的なアイディアを提案しなさい。


◇遠隔授業としての指示:設問1~3の回答をこの下のコメント欄に直接記入しなさい。出席確認機能も兼ねているので、可能な限り各授業時間内に考えをまとめて回答すること。最初に「7/7・氏名」をわかるように記載のこと。(授業開始直後から受付、コメント返信して公開予定。)


コメント一覧

返信2020年7月14日 6:10 PM
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24/

7/7・芦 1.竹炭を使用した。竹炭は耐久性、通電性をもち、高温で炭化させた竹炭ほど電気抵抗の値が小さくなる。 2. 電磁輻射というもので、物体の温度に応じた波長の電磁波が輻射されるものである。赤みを帯びた色から高温になるにつれて黄色~白色へと変化していく。これらの光は物体の温度から発せられている光と考えられる。 3. 芯が燃焼してしまったので、この燃焼を抑える方法を考える。実験中の電流を小さくしたり、酸化しないように酸素を抜いたりアルゴンなどの希ガスを充填する。

返信2020年7月7日 6:01 PM
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23/

7/7よ 1.竹を用いた竹電池。竹は炭素を多く含んでいるので、加熱すると炭になる。この炭を加熱することで黒炭になり、黒炭はフィラメントとして使うことができる。 2.熱放射。物体が発する熱は温度によって目に見える色が違うということ。温度が低ければ橙色にみえるが温度が高くなればなるほど白色に見える。 3.熱を長時間通したことで空気と反応してしまい芯が燃焼してしまった。対策としては内部の酸素量を調節する(空気を抜く)または熱量を抑える。

    返信2020年7月7日 6:07 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ23/

    >1.…加熱すると炭になる…フィラメントとして使うことができる。     → 炭なるメカニズムは?で、竹の黒鉛だとすぐに使える理由は?    >2.…温度によって目に見える色が違う…    → 太陽光との関連も!   >3.…内部の酸素量を調節する(空気を抜く)     → もっと簡単な方法はないか?

返信2020年7月7日 4:53 PM
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23/

7/7・荒 1.竹は耐久性が強く、柔軟で堅固でもあり優れている。2.通電による電磁輻射で、物体の温度に応じた波長の電磁波が輻射されるもの。初めは暗いオレンジ色で、だんだんと黄色から白色へと明るくなっていく。人が自然と感じる太陽の表面温度に近づけるための工夫としてタングステンが使われている。3.芯が高温で切れていることから、燃焼を防ぐことが必要である。瓶の中を二酸化炭素の燃焼を抑える窒素やアルゴンなどの不活性ガスで満たすことで、発光時間は長くなると考える。

    返信2020年7月7日 5:43 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ23/

    >1.竹は耐久性が強く…優れている。     → 化学的な物性を説明すると良い     >2.通電による電磁輻射…工夫としてタングステンが使われている。     → え?タングステンの説明?    >3.…瓶の中を二酸化炭素の燃焼を抑える     → 二酸化炭素の燃焼?

返信2020年7月7日 4:18 PM
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hammer23/

7/7 hammer 1. 竹炭/竹炭を加熱し続けると、炭素が結晶化し黒鉛になる。黒鉛は炭素原子が平面に広がった共有結合でつながり、6角形の網状の構造をつくっている。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良縁体となる。対して高い電気抵抗も持つため電流を流すと高温になり、発熱し光り始める。 2. 熱放射/高温になると電磁波が可視域に達し発光する。温度が低いときは赤っぽく、温度が高いほど青白くなる。 3.蓄積した熱により燃焼反応が起こり焼き切れたことが原因と考えられる。対策としては窒素ガスを封入することなどが考えられるが、教材として用いるのであれば流す電流を調整するのが手っ取り早いのではないかと考える.

    返信2020年7月7日 4:35 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ23/

    >1. …炭素が結晶化し黒鉛に…炭素原子が平面に広が…6角形の網状の…π結合により     → 一定の電気抵抗を持つことも利点だったわけだ    >2. 熱放射/高温になると電磁波が可視域に達し…     → 太陽光との関係も述べると良い    >3.…窒素ガスを封入…    → もっと簡単で手間のかからない方法があるだろう。

返信2020年7月7日 4:09 PM
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匿名23/

7/7 口 1.竹を用いた。竹は炭素を多く含み、加熱することで電導性が高く、丈夫なグラファイトになったため。 2.物体の熱エネルギーの大きさによって放出される電磁波が異なり、目に見える色が変わる。 3.シャープペンシルの芯よりも太いもの(炭素棒など)をフィラメントに使う。

    返信2020年7月7日 4:32 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ23/

    全体的に考察が弱い >1.…加熱することで電導性が高く、丈夫なグラファイト…     → 例えば、じょうぶとはどういう物性か?    >2.…物体の熱エネルギー…     → もう少し詳しく 映像の内容にあわせて説明すべし    >3.…よりも太いもの(炭素棒など)をフィラメントに…    → まず使えない。光らない…答えが安直。

返信2020年7月7日 3:56 PM
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佐友23/

7/7 佐友 設問1 エジソンは、京都産のマタケを電球のフィラメントに用いて電球の寿命を長くすることに成功した。この竹は弾力性があり曲げに強い。また植物体であるため炭化させることで電気を通すようにもなる。 設問2 熱放射と言い、すべての物体はその熱を電磁波として出しているというもの。高温になり電磁波が可視光の領域に達すると、光って見える。また可視光領域の中でも、比較的低温のものは赤っぽく、高温になるにつれて白色~青色っぽく見えるようになる。 設問3 動画の7分過ぎ辺りで煙のようなものが観察でき、高温になった芯が燃焼していると考えられる。その直後に焼き切れてしまっていることから、燃焼を防ぐまたは燃焼が始まるタイミングを遅らせれば、より発光時間を長くできると思われる。 その方法として、あらかじめ瓶の中にスプレーで窒素ガスを封入しておくことを提案したい。 まずガスが逃げにくいように導線が通っている穴の周囲はボンドなどで埋めておく。ガス封入時に蓋の開閉をしなくて済むよう蓋にガスボンベのノズルが入る穴をあらかじめ空けておく。蓋を閉じ、点灯直前に穴からガスを封入し、その穴はテープなどでふさいでおくようにする。

    返信2020年7月7日 4:02 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ23/

    >設問1 …京都産のマタケ…弾力性…     → フィラメントとして活用できる条件にもっと焦点を当てると良い。    >設問2 熱放射…電磁波として出して…     → 自然光・太陽光にも触れると良い    >設問3 …煙のようなもの…芯が燃焼し…窒素ガスを封入…周囲はボンド…     → 教材としてコスト的にも作業的にももっと現実的な方法があるのでは?

返信2020年7月7日 3:54 PM
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匿名23/

7/7 村 設問1 竹を炭にした竹炭。電磁波をかなり防ぐ。黒鉛は伝導性と抵抗をもつため細いと熱を生じやすい。 設問2 通電による電磁輻射で発光し、物体の温度に応じた波長の電磁波が輻射される。黒鉛の場合、温度が高くなるごとにオレンジ→黄色→白と色が変化する。 設問3 カイロを数時間前に入れておき、水分を少なくすることで芯の燃焼を抑える。

    返信2020年7月7日 3:57 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ23/

    >設問1 竹炭…電磁波を…     → そうなのか?でも、ここでは竹炭の物性について述べる。    >設問2 …電磁輻射…白と色が変化…     → 自然光・太陽光にも触れると良い。     >設問3 カイロ… 水分を少なくする…     → うーん、ここであえて「水分」除去はあり得ないのでは?

返信2020年7月7日 3:36 PM
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匿名23/

7/7 秋 1.竹は繊維の強度が大きく丈夫であるため長持ちする。また耐熱性に優れている。 2.フィラメントは黒体放射によって光る。そのため光は物体の温度に応じて色が変わる。 3.、瓶の中の空気(酸素)によって芯が燃えてしまい長持ちしないため、瓶の中を物を燃やさない気体(窒素とか)で満たしておけば良いと思う。

    返信2020年7月7日 3:47 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ23/

    >1.…長持ち…耐熱性…    → その長もちの科学的な根拠    >2.…黒体放射によって光る…    → 動画のないようにあわせて具体的に説明を    >3.…瓶の中を物を燃やさない気体(窒素とか)…    → 調べた?窒素電球あるの?   ※全体的に考察が浅く弱いなー で満たしておけば良いと思う。

      返信2020年7月10日 4:01 PM
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      匿名24/

      秋 1.白熱電球は電気抵抗によって発光する。高温で焼いた竹炭は通電性に優れる。つまり、竹は焼いた温度によって電気抵抗を変えることができる。高温で焼かなければ電気抵抗は大きくなるためフィラメントとしての耐久性を伸ばすことが出来た。 2.フィラメントが熱を電磁波として放出する熱放射によって光る。温度が低いと赤く、高いと青くなる。このことから、動画の芯はだんだん温度が高くなっていっていることがわかる。 3.不活性ガスで満たせば良いと思い、窒素と書いてしまいました。なぜ窒素のみで満たしてはいけないのでしょうか?高温下で金属や酸素、水素と化合するからですか?

        返信2020年7月10日 5:28 PM
        さいえんすヨージ

        さいえんすヨージ24/

        コロナ脳で頭がなまっているのかと思ったが、気合入れなおしたというこで。   >1.…竹は焼いた温度によって電気抵抗を変えることができ…耐久性を伸ばすことが…   → エジソンの弟子のうちの一人が京都の竹が優れていると気づいたらしい    >2.…熱放射によって光る。…    → 物体そのものが発する輻射熱でいわゆる炎色反応などとは違うわけ。太陽光の白色光は、表面温度5600Kから発せられている光と考えることもできる。    >3.不活性ガス…窒素…高温下で金属や酸素、水素と化合する…   → 一般的には、アルゴンやクリプトンのような希ガスが用いられる。窒素も少し含まれた混合タイプの白熱灯もある。でも、フィラメントの金属によっては、窒素が反応するとか、光を出しにくくなるということはあるようだ。

返信2020年7月7日 3:33 PM
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hatake23/

7/7 1.  竹の成分は炭素、水素、酸素からなる有機物であるため空気に触れさせずに熱すると固い炭(黒鉛)になる。この黒鉛は伝にを通す物質であると同時に電気抵抗も持ち合わせているため、電気を通すと発熱し光る。また、固い黒鉛が出来るため持続時間が長い。 2.  光とは熱であるため初めに電気を流し始めたときは電気が少ししか流れていなかったため、電気抵抗の影響も少なく、暗かった。しかし電気の量を多くしていったため、電気抵抗のためシャー芯が発熱しより高温になり、熱をため込み明るい光を放つようになった。 3.  電気を流し続けることで熱がたまり空気中の酸素と反応してしまい損傷してしまって一瞬切れてしまった。そのためこの現象を抑えるためにはガラス瓶の中の空気を抜き真空に近い状態にする必要がある。その他にも、ただ発光時間を長く保つためだけなら黒鉛に流す電機の量を少なくすれば長持ちする。  

    返信2020年7月7日 3:44 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ23/

    >1. …電気抵抗も持ち合わせているため、電気を通すと発熱し光る…    → 抵抗は結構大きな値を示すようだ  >2.…高温になり…     → 黒体輻射 物理で学んでいるのでは?    >3.…ガラス瓶の中の空気を抜き真空に近い…    → 真空にしなくてもある物質を取り除くという発想で

返信2020年7月7日 3:33 PM
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23/

7.7 ひ 1.竹 炭素 水素 酸素からなる炭水化物が竹の主成分なので、空気に触れないように加熱すると炭素だけ残り炭になる。この炭を加熱することで黒鉛になり、フィラメントとして活躍できる 2.炎は徐々に温度が上がるにつれて、赤→黄→白→青へと色が変化していく。青白いものの正体はラジカルというもの。赤く見えるのは低温のため、反応がゆっくりとしか進まず、ラジカルができる前にすすのような小さな粒に変身してしまい、それが赤く見える。 3.高温になりすぎて、シャー芯が切れてしまう。 太いシャー芯を使う。 高温になりすぎないように、電流を調整し、控えめに設定する

    返信2020年7月7日 3:41 PM
    さいえんすヨージ

    さいえんすヨージ23/

    >1.…黒鉛になり、フィラメントとして活躍できる     → ならばその黒鉛の性質を説明するべし    >2.…ラジカルというもの。赤く見えるのは低温のため…    → ラジカル? 黒体輻射に触れること    >3.太いシャー芯…電流を調整し、控えめに設定する     → 太い芯を使うと発光自体が難しくなる。まったく別の発想で述べること。    ※全体的に考察が甘い。 

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