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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7日 3:56 PM

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

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

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。

      2020年7月10日 4:01 PM

      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?

      2020年7月10日 5:28 PM

      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

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

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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