わたしの推薦です |
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（総評） 推薦1：2005校内優秀作品： 毛管現象について-簡易給水装置を作る 推薦4：2005校内優秀作品： 様々な性質の紙で水を吸ってみよう 推薦5： 2005校内優秀作品： 炭の実験 |
＊各タイトルの後にある★印の年度とタイトルは、当HPで御紹介した過去の関連実験の報告です。今回御紹介している作品とあわせて、ぜひ参考にしてください。
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★2004年 ユニーク 5年 M. A. 「水をふくむ量-おぼれた時など－」
★2001年 うさこ 6年 矢吹由理佳 「紙の吸水調べ」
2005校内優秀作品
◇夏休みに旅行で家を留守するため、その間の植物の水やりをどうするか、毎年頭を悩ませる。ペットボトルに水を入れて、逆さまにさしこんだり、水をはったビニールプールに植木鉢をつけていったりと、いろいろな方法を試したみたが、どれも適度な水をあたえ続けることができなかった。毛管現象を利用した給水装置があることを知り、既成の装置を参考の上、わが家にあう装置を考えた。
［調べる］
既成の給水装置の構造を調べ、また、毛管現象とは何か、本で調べた。
［実験］
素材や形状のちがうヒモを用意し、実際に毛管現象を起こし、既成のものとくらべてみる。ヒモは、アクリル、絹、ナイロン、レーヨン、綿、ポリプロピレン、ビニロン、紙、ポリエステル、麻、給水番(既成の給水器のヒモ)の11種類。
ヒモを既成品にそろえ、55�Bに切りそろえる。
水が上る様子がわかるように絵の具で赤い水を作る。
水2�Pのペットボトルに、1リットルの水を注ぎ、ヒモの結び目を入れ、ヒモの片方のはしを外のコップの中にたらす。
１時間ごとに水ののぼりぐあいを観察する。
［結果］
結果を写真に取り、ヒモの様子や水が上ってゆくペース、外のコップにたれるか、たれた水分量などを表にまとめてくらべた。
実験の結果から、既成の給水器のヒモに一番近かったのはレーヨンだった。
また、ヒップの中に水がしたたり落ちることはなかったが、ヒモ全体にたっぷりと水をふくんでいたのはアクリルだった。
このことから、既成の給水器はヒモの真ん中に吸水性のアクリル繊維を置き、それをシンにして、たっぷりと水をふくみ、その水を両わきの給水補助繊維(レーヨンとおもわれる)で、押し進めていき、滴り落ちる構造になっているのではないかと推測した。
［結果を利用して工作］
わが家には大小あわせて30個の鉢植えがある。全部に既成品をつけると費用がかかるので、自分で製作してみた。
実験の結果で、一番既成品に近かったレーヨンを使うと、計算してみると費用は1/16でできる。ペットボトルからヒモが抜けてしまわないように、ストッパーの代わりにいらなくなった釣りの重りを使い、片方のはしはノズルで植木鉢に差し込む代わりに、鉢植えにヒモを直接3�Bくらい埋め込んだ。
これでちゃんと給水できた。
ただし、ペットボトルを使った場合だと、留守にするのは夏なら2～3日が目安だとおもう。その以上はペットボトルの数をふやしたり、バケツやビニールプールに水を入れそのまわりに植木鉢をおくことになるが、そんなことをすれば長期間留守にすることがわかり、防犯上よくない。わが家の場合、祖母にたのんで水やりに来てもらうのが一番だと実感した。
［参考文献］
学研の図鑑-理科の実験- 学習研究社
科学の世界 学習研究社
学習百科図鑑44 -理科の実験- 小学館
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--クリーンエネルギー関係
★2004年 くまたろう 6年 本居花奈子 「風力でエネルギーを貯めてみよう!-エネルギーの貯まり方調べ-
★2003年 ユニーク 3年 本居佳連 「ちょっと省エネせんぷうき」
★2002年 くまたろう 6年 黒田華加 「電気自動車とエネルギーの未来について」
★2002年 うさこ 6年 T. N. 「風力発電について」
2005校内優秀作品
◇化石燃料を燃やすと二酸化炭素や窒素酸化物、二酸化イオウなどの有毒ガスが出てきてしまう。化石燃料のかわりに水素を燃やすと、水酸化物の水だけしかできないのでクリーンなエネルギーだ。
水素を作るには、二つの方法がある。一つは石油を分解して作るが、これでは原料のコストが高くなる。もう一つ、水を電気分解をするとできる。しかし、これは電気を大量に必要とするのでコストが高い。
そこで、あまり、エネルギーを使わない水の分解方法はないかと思い調べた。光触媒を使って、少ない電気で分解できる「本多-藤嶋効果」というものがあることがわかった。
(技術評論社 大谷文章著 「光触媒のしくみがわかる本」123頁)
この「本田-藤嶋効果」を実際に自分でやってみようとおもった。
［調べる］
インターネット、光触媒入門10/11頁より
本田-藤嶋効果・・・酸化チタン電極に紫外線を当てると、酸化チタン電極ら酸素が、白金電極から水素が出てくる。
［実験］
白金のかわりに銅板(100�@×50�@×0.3�@)。
酸化チタン電極は銅板に酸化チタン膜をはけぬりした。そのままぬると表面張力で水玉になってしまったので、サンドペーパーで表面を荒くしたら均一にぬれた。酸化チタンの膜の厚さは、水に石油の膜ができたような七色の干渉色が見られたので1μｍ(100万分の1ｍ)以下。紫外線にさらして安定させた。(「佐賀系光触媒水溶液」の取扱い説明書にしたがった。)
上の二枚の電極と広くちびンを用意した。
純粋は電流を通さないそうだ。電解水溶液はペットボトルの水1�Pに50ｇの水酸化ナトリウムを溶かし、約5％の水酸化ナトリウム水溶液を作った。溶かしているとき、容器が熱くなっていた。(大人でないと薬局で購入できない。また、怖くて固体が入っているビンにさえ近付けなかったので、父が手伝ってくれた。)
わに口クリップを使って、水溶液につけた電極を電流計と直列につなぐ。
1. 光をあてただけで分解が起こるか。
2. 1で光を強く当てるとどうなるか。
3. 少量の電流を流す。1.5Ｖの電池に直列につないだ。
4. 光のないところで再実験
いずれもビデオに収録、それを元にスケッチした。
［結果1と2］
変化は見られなかった。電流も流れていなかった。
もし、光と光触媒だけで分解が起きていれば、電流が流れているはず。
光を強くするために、虫眼鏡で光を集めて酸化チタン電極にあててみたが、変化は見られなかった。
［結果3］
本田-藤嶋効果では、通常の水の電気分解に必要な電圧より低い電圧を加えている。通常の電気分解には20Ｖをかけるところ、1.5Ｖで電流は0.0025A。
電流を流してすぐ、銅板電極からたくさん泡が出てきた。しかし、酸化チタン電極からは何も出てこなかった。
虫眼鏡を近づけて光を強くすると、電極からの泡がじゃっかんふえたような気がした。
［実験4］
よる、屋内で明かりをけして、昼と同じ条件で実験した。
始めて2分くらいすると、電極から泡が出てきたが、昼間と比較してそれほど勢いは強くない。5分たっても勢いは変わらなかった。
［まとめ］
ビデオの画面上から、電極の寸法から推定される泡の大きさを考え、泡の出かたをもとに、一分間の水素の発生量を比較してみた。
光があたっている場合、一分間の泡の発生数は約160個で、発生量は約735.9立方�@。
光がない場合、約85個で、発生量は約104.3立方�@。
わずか100万分の1�@の光触媒をぬった銅板に、光をあてるかあてないかで、同じ電流で、水素の発生量にかなり差があった。
酸化チタン電極には泡、酸素の発生が見られなかった。これは、発生した酸素が銅と反応して、銅の酸化物が出来ていたためとおもわれる。そのためか、実験を終えたあとの水溶液の色が水色になっていた。
・光触媒と光があると、少量の電流で活発な電気分解ができる。
・わずかに光触媒をぬっただけでも、触媒は効果を発揮する。化学反応を助ける働きはしても、それ自身には変化がない触媒の性質がわかった。
・当てる光を強くしても、その効果に差はない。
・今回の実験では、出てきた気体が水素だとはまだわかっていないので、さらに装置を工夫して、気体が本当に水素なのか実際に点火して確かめたい。また、銅板でなく、発生した酸素と反応しない白金電極を用いて酸素も発生させてみたい。
この装置をうまく組み合わせれば、太陽光発電で発電した少ない電流でも、水の電気分解ができると考えている。太陽光発電の弱点=発電量が少ない、を光触媒でおぎない、水素を安く作ることができるとおもう。
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2005校内優秀作品
◇どこの家にもあり、ふだんみんなが使っている冷蔵庫。冷蔵庫をいつも使っていたけれど、冷蔵庫はなぜ冷えるのか考えたことがなかったので、どうやって冷えるのかが知りたくなった。
［準備］
冷蔵庫のしくみを調べた。発泡スチロールの箱を使った冷蔵庫の作り方はインターネットで調べた。ぺルチェ素子を配線して工作して、実験装置を作った。
ぺルチェ素子: 冷蔵庫を冷やすためのそうち。片面は冷たく、片面はあつい。家の冷蔵庫のうら側はあつい。乾電池の+と-を逆にしたら冷たかった面があつくなった。
CPUクーラー: ぺルチェ素子のあつい面の熱を防ぐためのもの。うら側にぺルチェ素子をつける。
アルミ板: ぺルチェ素子からきた冷気を冷蔵庫の中に伝える。
［実験と結果1］
どうやったら冷蔵庫がよく冷えるか。電池の量をかえてしらべる。
はじめ、CPUクーラーでぺルチェ素子を冷却しなかったので、単一電池2つで29℃から始めたら、27℃まで下がったのに、3つにしたら、逆に上がってしまった。あくつなる面の熱があつくなりすぎて冷たくなる面にも伝わってしまった。
ファンのかわりに扇風機でCPUクーラーのうしろから風をあて、電池3つで再実験。
・30℃から始めて30分で27℃まで下がった。その後2時間後まで観測したが、27℃から下がらなかった。
［実験と結果２］
CPUクーラーを氷で冷やし、扇風機で風をあててみた。
・30℃から始めて30プンで27℃、1時間後27℃、1時間30分後26℃、2時間後25℃。
扇風機の前に氷をおいて風を冷たくして冷やして、氷でCPUクーラーを冷やす。カンジュースを入れて、その温度をはかる。
・17℃のジュースと28℃のジュースを使用、17℃のは2時間後までに24℃に、28℃のは26℃になった。冷蔵庫は冷えることはわかったけれど、中に入ったものまで十分には冷えなかった。
・29℃のカンジュースを家にある、氷で一本だけ冷やせる手動の冷蔵庫で冷やしてみた。14℃まで下がった。電池で冷やすより、短時間でとても冷えた。何本も冷やさないときは手動の方がよく冷える。
［まとめ］
本物の冷蔵庫にはかなわない。
ぺルチェ素子の大きさにたいして、発泡スチロールのはこの大きさが大きすぎたのかもしれない。
うしろから風や氷で冷やさなかったら、保温器もできる。
あたためるよりも、冷たくする方がむずかしいことがわかった。
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★2003年 うさこ 4年 S. H. 「いろいろな紙と水のしみ」
★2001年 うさこ 6年 矢吹由理佳 「紙の吸水調べ」
2005校内優秀賞
◇夕食を食べているとき、麦茶がこぼれてしまって、そばにあったティシュでふくと、すぐ水を吸い、やぶけてしまった。そのふいたティッシュからも水が落ちてくる。急いでキッチンペーパーでふいた。すると、水は吸い取るがやぶけたり、水が落ちてくることもなかった。トイレットペーパーや新聞紙だったらどうだったのか。身近にある紙と水分を使って実験してみた。
［実験］
水、お湯、100％ジュース、油について実験した。
ティシュペーパー、キッチンペーパー、新聞紙、広告、トイレットペーパー(古紙再生)、トイレットペーパー(ふつうのもの)、だんボール、紙袋、厚紙、画用紙、グラフ用紙、ノート(自由帳)、おり紙、トレーシングペーパーの14種について、実験した。
15�B×2.5�Bに切りそろえて、全部をかんかくをおいてわりばしにくっつけ、大きめの容器に入れた水につける。
水がしみていく長さを、1分、3分、5分、10分、15分、20分、25分、30分に調べる。
［結果］
結果を水、お湯、100％ジュース、油について、それぞれ、縦軸に水のしみた長さ、横軸に時間をとりグラフにしてくらべた。
［ティシュペーパー・・水の時が一番よい結果。1分をすぎたあとはゆっくり、少しずつ変化した。
キッチンペーパー・・吸い上げは1分までが急げきに上がる。3～30分はあまり変化しない。水の時が一番よく吸った。
新聞紙・・水の時が一番よく吸った。ほかはほとんど吸わず。
広告・・ほとんど吸わず。
トイレットペーパー(古紙再生)・・14種類の中で一番よく吸った。水とお湯では１回はかるごとに変化した。
トイレットペーパー(ふつうのもの)・・古紙再生に続いて２番目によく吸った。やはり、トイレットペーパーは水にとけるものだからこのような結果になったのだとおもった。
だんボール・・分厚いので一番吸わないとおもっていたが、予想は大きくはずれ、水の時は6�Bに達した。新聞紙よりよい。
紙袋・・ほとんど吸わず。
厚紙・・水、お湯以外はあまり吸わない。
画用紙・・ほとんど吸わず。
グラフ用紙・・ほとんど吸わず。
ノート(自由帳)・・ほとんど吸わず。
おり紙・・ほかの紙では吸い上げがわるかった油の時によく吸って5�Bにたっした。
トレーシングペーパー・・ほとんど吸わず。油は折り紙についで吸って3�Bにたっした。
［まとめ］
紙はそれぞれの用途にあわせて研究開発されているということがわかった。
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★2002年 くまたろう 6年 淡路 仁 「飲み水を作る」
2005校内優秀作品
◇祖母の家にはいたるところに炭がおいてある。祖母に炭にどんな効果があるのか聞いてみると、においをなくしたりするのよといっていた。はたしてその効果はあるのか。また、炭はきたない水などをろ過するということを聞いたので、ペットボトルで装置を作り実験した。
［実験と結果1］
備長炭をかなづちで粉々にする。よくあらい、かわかす。
2�Pのペットボトルを半分に切り、ふたにはキリで穴をあけ、口にふたをする。
上半分をさかさまにはめて、ろ過装置を作る。
脱脂綿をちぎり、上半分の部分に1/3ほどつめる。その上に、かわかしておいたくだいた炭を入れる。泥水、牛乳、コーヒー、色水を入れて5分間でどれぐらいろ過されるか実験した。
・泥水は透明な水になった。泥水しか変化が見られなかった。
［実験と結果2］
備長炭ではなく、活性炭を使い、脱脂綿をコーヒーフィルターに変えてみた。
泥水、色水、お米のとぎ汁、すったすみについて実験した。
フィルターだけの結果と、活性炭を入れた場合について、それぞれ実験を行い、表にまとめた。
・その結果、フィルターだけでも少しろ過されていた。活性炭はにおいをけすこともかなりできた。
［考えたこと］
・どうしたら備長炭でもできるのか。→もっと活性炭のように細かくくだけばよかったのかもしれない。牛乳やコーヒーはろ過されにくいものだったのか。
・なぜ泥水はろ過できたのか。→いろいろな粒がたくさん入っているからろ過しやすかったのではないか。
・泥水や色水はにおいがとれたのに、においのするすったすみはなぜにおいがとれなかったのか。→泥水や色水にはにおいのついたろ過しやすいものがあって、すったすみの中にはにおいがついたろ過しにくいものが入っていたのだとおもう。すった炭は色も変わらなかったため、色がろ過されないものはにおいもとれないとおもう。
［観察］
50倍の顕微鏡で備長炭をみてみると、こまかい穴がたくさんあった。調べたところ、この小さな穴にきたないゴミがひっかかり、きれいになった液体が下に落ちるしくみになっているそうだ。そのため、ろ過できなかったものは、大きさが小さすぎて、流れてしまったのではないか。
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★2003年 ユニーク 6年 荻生田 宗司 「キャベツから紙を作る実験」
2005校内優秀作品
◇よく、えん日に行くとヨーヨー釣りをする。紙の先にはりがついた道具を使ってつりあげるが、すぐに切れてしまうとおもっていたら、意外にじょうぶで2～3こつれてしまった。紙は弱いものとおもっていたのでびっくりした。紙はどのくらい強いのか、紙の種類によって強さがどのていどちがうのか調べてみた。
［実験1］
ティシュペーパー、トイレットペーパー、新聞紙、半紙、コピー紙、広告、ふつう紙、あつ紙を準備した。
中央の部分を細くしたしけん用紙を作った。
しけん用紙をたてにして、上方をガムテープで板に固定する。
ヒモでつるしたポリ容器や紙コップを下につける。
容器に水を少しずつ入れていき、中央部の細い部分が切れたとき、その水の重さをはかりではかる。
ティッシュペーパーのたてとよこの強さの違いを調べる。たて向きと横向きに実験１と同じ紙を切り取って、同じように調べる。
新聞紙も同様に調べる。
また、もとの強さとぬらしたあとの強さをくらべてみる。
［結果1］
切れたときの重さ、紙の中央部の最も細いところのはば、1�@あたりの強さ、強さの順位を表にした。強い紙はかなりの重さを加えないと中央部が切れないので、はばを細くして、切れやすくした。そして、実験を公平にするため、1�@あたりの強さを出してくらべた。また、結果をグラフにした。
・一番強いのはあつ紙。ふつう紙、広告、コピー用紙、新聞紙のたて、半紙の順で、半紙はあつ紙の1/4の強さになった。一番弱いのはティシュペーパーの横であつ紙の1/100ぐらいの強さだった。
・トイレットペーパーはティシュペーパーより強かった。半紙はおもったより強く、ティシュペーパーたての約10倍の強さ。
・ティシュペーパーも新聞も横よりたての方が強かった。
・新聞をしめらせると、急に弱くなり、かわいたときの1/15の強さになってしまった。
［実験と結果２］
おしょうゆやからしの小ぶくろに切れこみがあると切れやすいので、紙にも切れこみを入れて強さを調べてみる。新聞紙に切れ込みを入れた。
・切れたときの重さ、紙の中央部の最も細いところのはば、1�@あたりの強さ、強さの順位を表にした。また、結果をグラフにした。
・紙に切れ込みを入れると入れていないときの1/４の強さになってしまう。切れ込みの方ではあまりさがでないが、点線が一番強かった。
［まとめ］
あらためて、紙は強いものだということがわかった。あつがみは1�Bのはばで4�Lもささえることができ、うすい半紙も1�Bのはばで1�Lもたえることができて、紙のせいしつにびっくりした。
中でも、紙のたては横よりも何倍も強かったり、水でぬらすと急げきに弱くなってしまうことがとてもきょうみ深かった。
今度は紙以外のまわりのもの、ラップ、アルミなどの強さを調べてみたい。