高槻天神先生のブログ

学研JR高槻前天神教室で行っている科学実験教室のブログです
基本、毎月第4土曜日に教室を開いています


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今日は静電気びっくり実験の1回目でした。


みんなは静電気って知っていますか?
冬にセーターを脱いだ時にパチパチ音がした経験はありませんか?
自動車や家のドアに触った時に手にパチッと電気がきたことはないですか?

静電気はパチパチと放電するイメージですが、今日は実験で静電気の性質を確かめてみましょう。


静電気の一つの性質は「ものを引き付ける力」があるということです。
それを確かめてみましょう。

まず、小さなものから
つまようじを 香辛料(今回はバジル)のビンにのせます。
ストローをティッシュでよくこすってからつまようじに近づけるとつまようじが動きます。




すごい勢いでストローに吸いついてきて、くるりっとつまようじが回ります。

もっと大きいものでもやってみましょう。


孫の手をペットボトルにのせて同じようにストローをティッシュでこすって近づけると孫の手も回すことができます。



長い木の棒や傘もやってみました。

傘のような大きなものもストロー一本で回ることには、みんなもびっくりでした。





木や竹でできた孫の手は電気を通さないものですが、電気をよく通すスプーンはどうでしょうか?
スプーンでも同じように回りました。



今度は水を曲げてみましょう。
ペットボトルに穴をあけたものに水を入れて、水をちょろちょろと流します。
ここにストローをティシュでこすって近づけると、水も曲げることができました。
水も静電気に吸い寄せられたことがわかります。
写真をうまく撮れなかったのですが、びっくりするくらい、水も曲がります。



つぎは、空き缶をストロー一本で動かす実験をしました。
軽いアルミの缶も大きなスチールのトマトの缶や海苔の缶も転がすことができました。



次は、静電気には2種類の静電気があることを実験で確認しましょう。
まず、静電気の起こっていない(ティッシュでこすっていない)ストローをペットボトルにのせます。
これにティッシュでこすったストローを近づけるとストローはくっついてきます。
これは先ほど実験した、静電気が物を吸い寄せる力ですね。

では、ティッシュでこすったストローをペットボトルにのせて、ティッシュでこすったストローを近づけると、ペットボトルの上のストローは逃げていきます。
ティッシュでこすったストローどうしだと、反発しあって逃げていきます。


これは、磁石でN極とN極どうし、またはS極とS極の同じ極どうしが反発するのと同じですね。
同じ種類の静電気どうしだと反発しあうことがわかります。

では、消しゴムでこすったストローを先ほどのティッシュでこすったストローを近づけると、どうなるでしょう?
今度はストローが吸いついてきます。

ということは、ティッシュでこすった時の静電気とは違う種類の静電気が起こっていることになります。

ティッシュでこすったストローには実は、マイナスの静電気が起こっていました。
プラスチック消しゴムでこすった時のストローにはプラスの静電気が起こっているのです。

このように同じストローでも何とこすれるかで、発生する静電気の種類が違うことがわかります。




「帯電列表」というものがあって、何と何がこすれた時にどちらがよりプラスに帯電しやすいか、マイナスに帯電しやすいかの目安を表したものがあります。
それを見ると、ストローは紙よりもマイナスに帯電しやすく、ビニールよりもプラスに帯電しやすいことがわかります。

ただし、必ずそうなるというものでもなくて、様々な条件で変わることもあって、あくまで「目安」という表になります。


同じ種類の静電気は反発しあうという性質で、おもしろい実験をしましょう。
袋の中で踊るビーズの実験です。
ガラスビーズをポリ袋に入れて、ポリ袋をよく振ります。
すると中のビーズが袋の中で浮かんでいます。
ビーズどうしが同じ種類の静電気に帯電したので、反発しあっていることがわかります。
このポリ袋にストローをティッシュでこすって静電気を起こして近づけると、袋の中でビーズが踊ります。



次は電気クラゲの実験です。
荷造り紐(ポリエチレン製)を20センチ位に切って、端を縛って細く裂きます。
これを机の上でティッシュで机にぴったりくっつくまでこすっておきます。
次に塩ビパイプを布でこすって、机にくっつている紐を上にほうり上げて、塩ビパイプを下から差し上げます。
すると荷造り紐がクラゲのように足を広げて空中に浮かびます。

クラゲの足も同じ種類の静電気が起こっているので、足どうしが反発しあって大きく広げます。
紐をほうり上げるときに少しコツが必要です。




あまり体の近くだと静電気のくっつく力で自分の体にくっつてしまいますので、遠くにほうり上げるようにして、塩ビパイプを差し上げる必要があります。

生徒たちは、実験セットの「すごい手」を使って電気クラゲを浮かせることに挑戦しました。

何度かやっているとうまく出来るようになります。


電気クラゲをうまく飛ばすことができなかった生徒もいましたが、もう一つの紙の車輪を転がす実験セットはみんなうまく出来ました。




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今日は、電池・電気おもしろ実験の2回目でした。


最初は、備長炭で強力電池の実験です。
備長炭を使って電池を作ります。
まず、備長炭の周りに濃い食塩水をひたしたペーパータオルを巻きます。
その上からアルミホイルを巻いて、一端はアルミホイルをしぼっておきます。
これで備長炭電池の出来上がりです。


アルミホイルをしぼった方が-極、備長炭が出ているもう一方の端が+極になっています。
前回使った、ICメロディーにつないでみましょう。
前回は紙コップ電池を3つ直列につながないとちゃんとメロディーが聞けませんでしたが、備長炭電池では1つでちゃんとメロディーが聞こえます。
それだけ、電池の力が強いということですね。



テスターで電圧を測ってみました。
備長炭電池は、1つで0.9ボルトありました。

モーターにつけたプロペラを回したり、豆電球、LED電球などを光らせたりして確かに電池ができたことを確認しました。



次は、シャーペンの芯でエジソン電球を再現してみましょう。
エジソンは、電球の芯(フィラメント)になるものとして何が一番長持ちするのかを、6000種類もの素材を実験したそうです。
たまたま机の上にあった扇子の竹から作ったフィラメントが、今までで一番長持ちしたため、「竹がいい。」ということで、全世界の竹を集めて実験したそうです。

その中で最も長く光り続けた(焼切れなかった)のが、京都の八幡の竹から作ったフィラメントでした。
八幡の竹で作った白熱球は全世界を明るくしたのです。


今では、フィラメントはタングステンで作られていますが、電球はもう作られなくなり、電球に変わって広く使われた蛍光灯もLEDに変わってきています。


今日の実験では竹から作ったフィラメントではなく、シャープペンシルの芯を使います。
ゼムクリップにシャープペンシルの芯をはさんで、電池につなぎます。
電池は、単一電池を6個直列につないだものです。

電気を通すと最初、芯から白い煙が出ますが、これはシャーペンの芯にコーティングされているものが燃えたためです。




しばらくすると、芯は真っ赤に光ります。
真っ赤な光がだんだんと白い光に変わっていくのがわかります。




しかし、1分くらいで、芯が焼切れてしまいました。



これが、エジソンが苦労したところですね。
出来るだけ長持ちする焼切れない芯を探して、世界中から竹を集めたのですから。


次は、備長炭を使ってアーク灯の実験をします。
エジソン電球ができるまでは、電気照明はアーク灯というものが使われていました。
アークとは弓状(アーク)のアーク放電を利用した電灯です。
これもシャープペンシルの芯を使って再現してみましょう。
電池は先ほどのエジソン電球の実験のものを使います。
備長炭とシャーペンの芯の間に電圧をかけて放電を起こさせます。
放電なので、備長炭にシャーペンの芯がくっつかないぎりぎりに所にセットするのがコツです。
しばらくすると白い光が芯の先端からほとばしります。
この白い光がアーク放電の光です。


鉄骨の溶接の時にも光が出ますがあれも同じ原理で光っています。
非常に明るい光なので、街灯などに使われていました。


みなさんは発電所で電気を作っていることは知っていますが、どうやって電気を作っているか知っていますか?
発電所の発電機は、モーターなのです。
モーターと発電機は同じものです。
電気が流れると回るのがモーターで、力をくわえてモーターを回すと電気を起こすのが発電機です。

ではそれを実験で確かめてみましょう。


モーターに豆球をつないで、モーターの回る棒のところに自転車の虫ゴムをつけて、棒で思いっきりモーターの芯を回します。
モーターの芯が回ると豆球がちらっと光るのがわかります。
電気を発電しているということですね。
でも、この方法は大変なので、モーターにプロペラをつけてブロアーで風を送ってモーターのプロペラを回します。
すると豆球がピカッとよく光りました。


これはまさに風力発電そのものです。

別な方法でも発電してみましょう。

変な実験ですがモーターを2つ使ってモーターの芯どおしを虫ゴムでつなぎます。
片方のモーターに豆球をつないで、もう一方のモーターを乾電池で回すと、豆球が光ります。


でも豆球の明るさは直接電池をつないだ時よりも暗くなっています。

電気→回転→電気とエネルギーの形が変わっているので、それだけ効率が悪くなっているということです。

水力発電はダムでためた水の力で発電機を回して、電気を起こしますし、火力発電は火でお湯を沸かしてその蒸気の力で発電機を回して電気を起こしています。
原子力発電も原子力によってお湯を沸かして蒸気で発電機を回して発電しています。


手回し発電機もみんなに回してもらいました。

手回し発電機の中にモーターが入っているのが見えます。
回す速さの違いでLEDランプの光の強さが変わることがよくわかります。
速く回すほど明るく光ります。



発電の方法はいろいろあります。
ソーラー発電のソーラーパネルは、これらとは全く違う原理で電気を起こしていますし、水素を使う燃料電池は化学反応によって電気を起こしています。



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ビンの中に松ぼっくりが入っています。

ビンの口より松ぼっくりが大きいので出すことができません。







どうやって、ビンの中に松ぼっくりを入れたのでしょうか?

ビン詰松ぼっくりの作り方は、「秘密」ですが、松ぼっくりをビンから出す方法は、お教えしましょう。
ビン詰松ぼっくりから松ぼっくりを出す方法は、
「松ぼっくりの入ったビンに水をいっぱい入れて、数時間待つ」
以上


水につかった松ぼっくりは傘がしぼんで小さくなるので、ビンの口から出すことができます。

(しぼんだ松ぼっくりは、天日で乾かして傘が開くまでに数日かかります。)


次は不思議な5円玉です。





木につなぎ目はありません。

木の矢の刺さった5円玉の作り方は、わかりますか?


庭の植木の枝に5円玉を挿しておいて、数年待つ。

枝が太くなったら、木の枝を切って矢の形に木を削る。
という方法でもできるかもしれませんが、この5円玉は、そんな悠長な方法で作ったのではありません。


必要な材料は、5円玉と矢の形に削った木(写真の矢は、かまぼこ板を削ったもの)、水、鍋、万力です。


万力の代わりにペンチでもできると思いますが、木が乾くまでペンチを握っていられないので、強力なゴムバンドのようなものが必要かもしれません。

私は、100円ショップで売っていたおもちゃの(ような)万力を使いました。



5円玉に木を通した後もひと手間が必要になります。


いろいろ工夫して、チャレンジしてみてください。


2つを合体させたものも作ってみました。




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今日は、電池・電気おもしろ実験の1回目でした。


最初は、魔法の水で電池を作ってみましょう。

まず、銅とアルミのシートを用意します。






銅シートとアルミのシートは向い合せに紙コップのふちにとめます。

ICメロディーは音がよく聞こえるように、紙コップの底に両面テープで貼り付けておきます。
単三電池をつなぐとメロディーが聞こえます。




ICメロディーと銅シート、アルミシートをミノムシクリップでつなぎます。
ICメロディーの黒い線をアルミ側(-極)に、赤い線を銅側(+極)につなぎます。


そして魔法の水をコップに入れます。
するとICメロディーから何か聞こえてきますが、なんかパワーが無いみたいですね。

同じようにコップに銅とアルミのシートをはさんだものをもう一つ作って、直列につなぎます。
音楽が聞こえますが、まだ音が小さいようです。
もう一つ紙コップ電池を直列につなぎました。
やっと、単三電池で鳴らした時のようにメロディーが聞こえました。

単三電池とほぼ同じ電池ができたことになります。



今度は、同じ紙コップ電池を別に作って、水道水を入れてみました。
水道水ではさっきと違ってうまく鳴りません。
3個直列につないだものでもすごく小さな音しか聞こえません。
でもこの紙コップに、ポッカレモンを数滴入れるとだんだん音が大きくなっていくのがわかりました。




先ほどの魔法の水は何だったでしょうか?
魔法の水を別の容器にとって、みんなに舐めてもらいました。
(コップ電池の中の水は金属が溶けだしているので、なめないように)
味は、しょっぱいですね。
魔法の水は食塩水でした。


水道水に比べて、食塩水やレモン水は電気をよく通すのでコップが電池になったのですね。

電気を通すものなら、食塩水以外でも電池になるようです。


では、実験セットを組み立ててみんなも自分で試してみましょう。



食塩水は、先ほどのコップの実験と同じなので、みんなの実験セットでもICメロディーはよくなりました。
スポーツドリンクもよくなりましたが、食塩水よりは弱い感じですね。
レモン水もスポーツドリンクと同じくらいですかね。


次は、液体ではなく、食べ物でも実験してみましょう。
キュウリを輪切りにしたものを実験セットを使ってICメロディーにつなぎます。




すると同じようにICメロディーは鳴りました。
でもキュウリ5個では少し音が小さいようです。2つ増やしてつないでみるとようやくいい音になりました。


(キュウリは一晩塩漬けにしたものを使っています)
今回は行っていませんが、レモンでも同じように電池になります。


次は、液体やキュウリではなく、人間で電池を作ってみましょう。
みんなの体が電池になるんだよ、というと????という顔ですね。

アルミ箔を丸めたものやアルミのシート(100円ショップで売っているレンジフードを切ったもの)などのアルミ製のものと、さまざまなステンレス製のもの、銅のシートを使います。








手を食塩水でぬらして、右手にアルミ製のもの、左手に銅かステンレス製のものをもって全員が直列になるようにミノムシクリップをつなぎます。





最後にICメロディーにつなぐと、ほらICメロディーが鳴りました。



一人ひとりはどれくらいの電池になっているのか、順番にテスターで測定しました。
一番よく電気を起こしていた生徒は0.8ボルトありました。
少ない生徒は0.2ボルトでしたが(食塩水にちゃんと手をつけていなかった?)、だいたい一人が0.6ボルトくらいの電池になっていることがわかりました。



自分が電池になったことにはみんなびっくりでした。


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今日は、食べ物びっくり実験の2回目でした。


植物には酸・アルカリに反応して色の変わるものがあります。

紫キャベツの汁は不思議なくらいいろいろな色に変化します。
これを実験で試してみましょう。


紫キャベツを煮て作った紫色の汁を用意しました。
これを卵のパックに少しずつ入れて並べます。




実験に使うのは、砂糖水、食塩水、こんにゃく袋の水、石鹸水、重曹、アンモニア水、クエン酸、レモン(ポッカレモン)です。







それぞれを、紫キャベツの汁にスポイトを使って少量入れていきます。
すると色が変化するのがよくわかります。



赤ピンク系に変わるもの青緑黄色系に変わるもの色の変化がないものがあります。
クエン酸やレモンはきれいなピンク系に変わりました。
重曹や石鹸水こんにゃくの水は緑系に変わります。アンモニア水は緑から少し黄色系に変化します。


砂糖水と食塩水は色が変化しませんでした。

酸性のものだと赤ピンク系に変化して、アルカリ性のものだと青緑系に変化します。
変化しなかったものは、酸性でもアルカリ性でもない中性ということです。


このように紫キャベツの汁で酸性かアルカリ性かを調べることができます。
これは、紫キャベツに含まれているアントシアニンというものが、酸やアルカリで色が変化する性質があるからです。

アントシアニンが含まれている食べ物は他にもムラサキいもがあります。
ムラサキいものパウダーというものがあります。ケーキを作るときに紫の色を付けたりするのに利用されるようです。
このムラサキいものパウダーを溶かした汁でも同様の実験ができます。
ブドウにもアントシアニンが含まれているので100%果汁のグレープジュースでも試してみました。



グレープジュースでは酸性にあまり反応せず赤くはなりませんでしたが、アルカリ性には緑に変化しました。

紫キャベツとムラサキいもがきれいに変化するのがわかりました。



酸性アルカリ性を調べるものとして、普通はリトマス試験紙を使います。
リトマス試験紙はリトマスゴケという苔から抽出された紫の色素で作られています。
アントシアニンよりも酸・アルカリで色が大きく変化するので、酸やアルカリの強さを調べるのに使われます。


次は鉛筆が色鉛筆に変わるというおもしろい実験です。
単一電池を6本つないだ大きな電池を作ります。
鉛筆は両端の芯を出すように削っておきます。



この鉛筆に電池の+極と-極をつなぎます。
トレーにペーパータオルをしいて、紫キャベツの汁をしみ込ませます。
そして、このトレーの中で電気を通した鉛筆でゆっくり線を引くと-極側の鉛筆で緑の線が引けます。
また、+極側の鉛筆ではピンクの線が引けます。



先ほどの酸性・アルカリ性の実験でピンクになるのは酸性、緑になるのはアルカリ性だということがわかりました。

ということは、-側の鉛筆の先からはアルカリ性のものは発生していて、+極側の鉛筆の先からは酸性のものが発生しているということですね。
紫キャベツの汁の水分が電気分解されて、酸性のものとアルカリ性のものが発生していることがわかります。

プラコップに少し紫キャベツの汁を入れて、コップにこの鉛筆を立てて電気を通すときれいな虹のような模様を作ることができます。





今度は、この電気鉛筆を使ってカレーにお絵かきをします。
トレーにペーパータオルをしいて、食塩水をしみ込ませます。
その上にカレーを作るときに使うターメリックをぱらぱらとふりかけます。






前の実験と同じように電気鉛筆で線をひくと-側の鉛筆で赤い線が引けます。




ターメリックの場合は+側の鉛筆は色が出ません。
その代り、-側の鉛筆で書いた赤い線を+側の鉛筆でなぞると色が消えます。
消しゴムじゃなくて、消し鉛筆になります。


おもしろいのは、紫キャベツの時は+側が赤くなったのに対して、ターメリックは-側が赤くなっています。

同じアルカリ性にたいして、赤くなるものと緑になるものがあるということですね。


アルカリ性で赤くなったという証拠に、このターメリックにアンモニア水をかけると、確かに赤く変化しました。



最後は、実験セットの電気ペンを組み立てて、みんなで紫キャベツの色の変化やターメリックの色の変化を確かめました。



また、実験セットに入っているリトマス試験紙を使って、-極側がアルカリ性になっていることを確かめます。

たしかに、赤色のリトマス試験紙が青色に変化しました。





(おまけ)

紫キャベツの汁にドライアイスを入れてみると



ぶくぶくと白い煙が出てきて



少し赤くなります。



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