Return Home 気象科学実験教室、一覧表 キッズの気象実験、一覧表気象実験(#E0)
実験の様子を写真で紹介します。
実験項目および内容は、随時追加、修正、改良しています。 Originated 2007-06/17 Last Updated 2009-04/19, 9/28, 10/30
EXPME0 石灰水を作る （容器（広口ビン）、石灰、コーヒーフィルター、水） EXPME1 車から排出されるガス （車、ビニール袋、石灰水） EXPME2 人の呼吸に含まれる二酸化炭素 （人の呼気、ビニール袋、石灰水） EXPME4 二酸化炭素の保温性能 （ペットボトル、炭酸ガス、空気） EXPME4の実験は、こちらへ書き換え中です→二酸化炭素の温度変化実験 EXPME7 ビオトープの水と土の表面温度 （ビオトープを造る：模型の箱庭です。） EXPME8 ローソクの燃焼 （ローソク、メスシリンダー、金属製のトレー、水） |
| @容器＋コーヒーフィルター＋石灰
| A容器内に滴下した液体がたまる
|
@攪拌直後
| A０５時間経過後
| B２４時間経過後
| C４８時間経過後
|
@エンジンスタート直後。排気管からの煙。
| A排気ガス（煙）の採取中。
| B排気ガス＋石灰水＝白濁した。
|
@石灰水を袋にいれる。透明である。
| A呼気を袋に吹き込み、ガシャガシャ振ると白濁した。
|
| @二酸化炭素の濃度測定実験です。 周りの空気 
| A二酸化炭素の濃度測定実験です。 ローソク燃焼時の空気 
|
温暖化モデル実験、文部科学省 電球を使った実験、川崎市公害研究所の実験、CO2の方が高い。 温湯放熱、個人の実験 温湯、個人の実験、CO2の方が高い。 ＊太陽光線、自由研究 実験方法に対する疑問 意見、私はやったことはないがとの但し書きつきで、３件紹介あり。 「http://www.eco816kids.com/lecture/globalwarming/01_thehow.pdf」 CO2のほうが高い。炭酸飲料のCO2で、日光で加熱。理科大、川村氏 CO2の方が高い。ランプで加熱。川村教授、デモンストレーション機 温暖化について、このような意見がある 温暖化実験について、このような意見がある |
熱源例（赤外ランプ、外箱） 熱源例（赤外ランプの波長）
#E93 実験装置の製作 and/or 準備
・ペットボトル（５００ＣＣ）２本、（１５００ＣＣ）２本、棒状温度計２本、二酸化炭素（ドライアイス）
実験条件をさまざまにかえて行った。
このWeb上には、結果の一部のみ掲載しています。
・計測機器（温度計）＝棒状温度計、センサー温度計２種、赤外放射温度計の合計４種類、
・二酸化炭素発生方法＝炭酸ガスボンベ、入浴用バブ、ドライアイスを昇華させた、の合計３種類、
・容器＝０．５L、１．５L、の合計２種類
・熱源＝太陽光線、白熱電球、赤外ランプ、赤外線ストーブ（ファンヒーター）、ヘヤドライヤーの合計５種類。
#E44 実験の実行と結果
・ペットボトル１に、ドライアイスを入れ、昇華させ、二酸化炭素で満たし、
棒状温度計を差し込む。
（ドライアイスの密度＝1.565グラム/cm3 であるから、
ドライアイス1cm3で約0.8Lの気体の二酸化炭素が得られる）
・ペットボトル２に、空気を満たし、棒状温度計をさしこむ。
・温度計の感温部はペットボトルの中心やや下方に設置した。
実験１：加熱は、ヘヤードライヤーを使って行った。
・ボトル内部の温度が４０〜５０℃程度になったら、温風を止め、室温に置く。
ペットボトルのサイズを５００ＣＣの場合と１．５Ｌの物と２種類行った。
実験番号を実験１−（１）、実験１−（２）とする。
実験１-(1)
@放熱時の保温性能：初期温度を与え、室内で放熱させる：
・２つの５００ＣＣのペットボトルにヘヤードライヤーで温風を吹き付ける。
・ボトル内部の温度が４０℃程度になったら、温風を止め、室温に置く。
・温度計の目盛りを読み取る。
A吸熱時の保温性能：初期温度を与え、室温を吸熱させる：
・２つの５００ＣＣのペットボトルを冷凍庫に２０〜３０分程度いれて、冷却する。
・冷凍庫から取り出し、室温に置く。
・温度計の目盛りを読み取る。
結果をグラフに示す。
５００ＣＣのペットボトルでヘヤードライヤーからの熱の吸収と室温での放熱による保温効果の測定実験：
実験１-(２)
B放熱時の保温性能：初期温度を与え、室内で放熱させる：
・２つの１５００ＣＣのペットボトルにヘヤードライヤーで温風を吹き付ける。
・ボトル内部の温度が５０℃程度になったら、温風を止め、室温に置く。
・温度計の目盛りを読み取る。
C吸熱時の保温性能：初期温度を与え、室温を吸熱させる：
・２つの１５００ＣＣのペットボトルを冷蔵庫に２０〜３０分程度いれて、冷却する。
・冷蔵庫から取り出し、室温に置く。
・温度計の目盛りを読み取る。
結果をグラフに示す。
１５００ＣＣのペットボトルでヘヤードライヤーからの熱の吸収と室温での放熱による保温効果の測定実験：
実験２：加熱は、太陽光線で行った。
D吸熱時の保温性能：室温を初期温度とし、太陽熱を吸熱させて、昇温させる：
・２つのペットボトルを、室温の状態から、太陽光線下に持ち出し、１０分間加熱した。
・ボトル内部（の温度を）温度計の目盛りを読み取る。
E放熱時の保温性能：昇温途中で、室内に置き、放熱させる：
・太陽光線下に１０分さらした後、すぐに（引き続き）室内に取り込んで、
室温に置いた。
・温度計の目盛りを読み取る。
結果をグラフに示す。
１５００ＣＣのペットボトルで太陽光線による熱の吸収と室温での放熱による保温効果の測定実験：
（このグラフは、文部科学省の実験結果と似通っている。）
参考のために文部科学省の実験例を掲載する（このグラフをクリックして下さい。）：
実験４： 結果のみグラフに示す。
実験５： 結果のみグラフに示す。
実験６： 結果のみグラフに示す。
実験７： 結果のみグラフに示す。
#E45 実験を効果的に行うための工夫、注意点等
・同じペットボトル、同じ棒状温度計を用いること。（実験条件を同じにするため。）
・二酸化炭素の入手は、スーパーでアイスクリームを購入するとき、ドライアイスを
もらってくる。
・入浴剤の「バブ」で炭酸ガスを発生させて、温度比較実験を行ってみた。
結果的に有意差は見られなかった。
得られる二酸化炭素の濃度が高くないようなので、ドライアイスで二酸化炭素を
発生させ実験に使った。
・東急ハンズで二酸化炭素のボンベを買ってきて使った。
#E46 実験の解説 and/or 関連実験
実験１に関して：
・同じ温度からスタートし、温度変化を経て、室温に至り、終わる。
・保温性能を「個々の気体ごとの一定時間内の温度変化量（差）」で判定する。
・温度差を個々の気体について比較すると、（二酸化炭素の場合も、空気の場合も）
有意差はみられなかった。
（多少の温度差の違いはあるが、これは、誤差の範囲内かもしれない。）
・十分な時間が経過すれば（これらの実験の場合、およそ２０〜３０分程度で）、
いずれの気体も同じ温度（室温）に到達した。
実験２関して：
・熱源を変えただけである。
・文部科学省の実験結果と似通ったデータが得られた。
ただしいつも同じようなデータが得られるとは限らず、「科学」的実験とは言い難いのであるが。。
・有意差があると見るのか、見ないのか、目下分からない。
#E47 【追加実験、考察等】
・さて、空気の比熱は、二酸化炭素の比熱よりも大きいため、空気の熱容量は炭酸ガスの
熱容量よりもおおきくなり、このため、空気のほうが温まりにくいと考えられる。
一方、熱伝導率は空気のほうが二酸化炭素よりもおおきい。
このため、ペットボトルの外からの温度は温度計の感温部のある中心付近に
至る速さが速いと考えられる。
・比熱と熱伝導率のいずれが、この実験結果を左右したかは判断できない。
・又、この実験は気体をペットボトルに入れて計測した。このとき、一体何の温度変化が
測定されたのか、断定できない。
★即ち、感温部A熱を送る熱源は、数多くあり、複雑に相互影響し合っていると考えられる：
@電球等の熱源、A容器の周囲の空気も熱源となる、B容器そのものも@とAから加熱されて、新たな熱源となる。
C容器内部の気体そのものが@ABから電磁波を受けて温度変化する、その気体は、容器の壁から熱伝導で温度を受ける、
さらに容器内部で対流し温度変化する。こうして感温部には、気体Bからの熱伝導、@ABからの電磁波が届くこととなる。
いずれがどれだけ感温部に到達し温度変化を生じさせたか、現時点では分からない。
実験１について：
★吸熱時、放熱時のそれぞれの温度変化曲線は、ほぼ同じ形をしている。
熱の移動が正負逆に行われていると、考えられる。
★有意差が見受けられないので、念のため、ペットボトル内部に二酸化炭素が存在するか否かを
石灰水を通して確認したところ、二酸化炭素を入れたボトルのみ白濁した。
★有意差が見られない原因は不明であるが、もっと容量の大きいボトル或いは容器で再実験
するとボトル（容器）自体の何らかの影響が軽減できるかも知れない。
容器の材質、熱負荷の与え方、容器を熱的に遮断する等条件を変えて、
どうなるかの実験も時間があれば行ってみたい。
実験２について：
★更なる確認実験が必要である。
即ち、大気の窓領域を通って宇宙空間に逃げていた赤外線の波長を、
二酸化炭素に与える必要があるかも知れない。
★更なる検討を以下行う：
・考え方：ボトル中心からボトルの壁に向かって「伝導」により熱が伝わり、
ボトルの内壁に到達した熱は、壁を通り、ボトル外壁から熱放射される。
こうして、ボトル内部の熱が減少し、温度が低下する、と考える。
・ボトルの周囲（壁）から中心に至る熱の流れ（気体の熱伝導）
＝気体の表面（即ちボトルの内壁）からの放射（ステファンボルツマンの法則）
＝ボトル内部に存在する気体の熱容量の減少
・この考え方に基づき、数値的に検討できるであろう。
・さて、実験室ではボトルを使ったが、大気空間においてはボトルというものが存在しない。
さらには、温風を出すヘヤードライヤーも、赤外ランプも存在しない。
二酸化炭素の保温効果を実験することは、いったいどうすればよいのか疑問であるし、
また結果がどれだけ明瞭に出るべきなのか不明である。
Web 上の多くの実験例の結果が、評価できるものか否か分からない。
★分からないことだらけの実験で、そして、意味のないと思われる実験である、
との見方があることは十分承知している。
ではどうすれば、机上で実験できるのか。それを知りたい。
意味が無いなら、意味ある実験とはどんなものか知りたい。
もともと出来ないことを実験しようとしているのではないか、という疑心暗鬼の状態でもある。
出来ないなら出来ないで、その出来ないことの実証になるであろう。
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#E67
#E73 実験装置の製作 and/or 準備
・写真のように、四角い箱（これは、電気の傘です）を用意します。
いかにも箱庭風になります。
・この箱の中に、土、石をいれ、さらに洗面器を置きます。
・箱の周りに、植木鉢の植物、洗面器のなかには水を入れます。
・これでビオトープが出来上がりです。
#E74 実験の実行と結果
・水及び土の表面温度は、放射温度計で計測します。
気温は、棒状温度計で計測します。
・観測年月日＝2007年06月17日、09:00〜20:00
#E75 実験を効果的に行うための工夫、注意点等
・遊び心で、箱庭風の超ミニビオトープを作ります。
・子供達には、夢と探検心を起こさせます。
#E76 実験の解説 and/or 関連実験
・土の表面温度は、その変化の起伏が大きく、太陽熱（晴、曇、夜）の有無
に非常に良く反応しています。これは、土の比熱が小さいからです。
・日没後の水の温度低下が緩やかです。これは、水の比熱の方が大きいこと
によるもので、 外的な温度変化（主として太陽熱）の影響をすぐには
受け難いことを示しています。
・これらの現象は、土や水の物理的性質の一つである「比熱」の違いによるものです。
#E77 【追加実験、考察等】
・物質の物理的性質のひとつである比熱の大小は、その物質の外的な温度変化に敏感に、
或いは鈍感に反応する原因となります。
・気象空間では、日照の有無（昼夜）により、土と水（陸地と海洋）では、
表面温度が逆転します。
・地表面、海水表面に接していた大気はそれぞれの温度を貰い、水平方向の温度差
（密度差）が生じ、局地的な対流が起こり、流れ方が昼夜交代します。
海陸風や山谷風の風向が昼夜で逆転する原理です。
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#E83 実験装置の製作 and/or 準備
・ローソク、メスシリンダー、金属製のトレー、水
#E84 実験の実行と結果
・容器の中央にローソクを立て、水を張り、ローソクに火をつけます。
・メスシリンダーをかぶせます。メスシリンダーの水位目盛りを読んでおきます。
・ローソクはしばらく燃えていますが、やがて火が消えます。
・メスシリンダー内部に徐々に水が上ってくることを観察します。
・メスシリンダーの水位目盛りを読みます。
・メスシリンダーの全容積と水位上昇分の容積の比を求めます。
１００：２０程度になります。
#E85 実験を効果的に行うための工夫、注意点等
・ローソクの長さが長すぎるとすぐに火が消えます。
下方の酸素が消費されないためと考えられます。
・かぶせるメスシリンダー等の種類を変えてみます。
・如何にすれば、実験結果としての体積変化を求めやすいか。
広口ビンでは、水位上昇は分かりますが、その上昇高さを計測するのが困難です。
色々試してみたところ、メスシリンダーを使うと、体積変化が一目瞭然で、
かつ数値的に見ることが可能でした。
#E86 実験の解説 and/or 関連実験
・ローソクの中の炭素がメスシリンダーの中の酸素と反応し、酸素が消費されます。
・このため、酸素の分圧が無くなり、その圧力に相当する分だけ、水位が上昇してきます。
#E87 【追加実験、考察等】
・酸素が消費されたことは分かりますが、一方、二酸化炭素が発生しているはずです。
・空気中の二酸化炭素濃度は、約0.04％＝400ppm ですが、この燃焼実験の結果できた
二酸化炭素の濃度（分圧）は目下のところ分かりません。
・上記の実験事実から考えると、酸素の分圧よりもずっと小さいものと考えられます。
・二酸化炭素は水によく溶けます。ラフに言うと、体積比で、水１に対し、炭酸ガス０．８８です。
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#E93 実験装置の製作 and/or 準備
・重曹、レモン、水、容器（お椀、コップなどなんでも良い））
#E94 実験の実行と結果
・容器に重曹をいれ、レモンを絞り汁を垂らす。
・やがて、二酸化炭素が発生してくる。
#E95 実験を効果的に行うための工夫、注意点等
・水を少々いれてからレモン汁をたらすとよい。
#E96 実験の解説 and/or 関連実験
・重炭酸ナトリウムとレモンの中のクエン酸との化学反応により、二酸化炭素が発生します。
#E97 【追加実験、考察等】
・重曹に砂糖を加え、クエン酸を加えると、甘い炭酸飲料ができます。
・レモンが無ければ、ポン酢で試してみよう。
二酸化炭素が発生するかどうか、実験的に確認してみよう。
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