断熱膨張の実験
−デジタル温度計組み込み−
(雲や霧が生じるときの温度変化を知る)
2005年6月24日開設,7月21日更新
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この装置を作成したのは岡崎正敬先生(都立高校)です。
ねらい ; 空気を短時間に圧縮・膨張させると温度の上昇・下降が起こり,膨張時に温度が露点以下に降下すると
霧を生じる。このときの温度変化をデジタル温度計で瞬時に測定する。
なぜデジタル温度計のセンサーか ; 水銀温度計やアルコール温度計では熱容量が大きいため,ペットボトル内
の空気の温度変化を瞬時に計ることができない。
デジタル温度計でもセンサーが金属製のパイプの中に組み込まれているので,そのままではやはり測定でき
ない。しかし,デジタル温度計のセンサー部分をむき出しにしてペットボトル内へ挿入すれば,温度変化に対して
敏感に反応できる。
図−1 デジタル温度計を取り付けたペットボトル
装 置 ; @デジタル温度計のセンサーを包んでいる金
属星のパイプを外し,リード線を延長させられるよう
切断しておく。
A ペットボトルの口より直径が小さいプラスチック栓
の中央に細い金属パイプをさせ,センサー部を栓の
細まった側から通して接着剤で固定した上でリード
線を伸ばしておく。
B ,ボトルの側面にセンサー付きの栓にちょうど合う
大きさの穴を開ける。
C センサーのリード線にひもをつて,ボトルの口から
側面の穴へ通し,センサー付きの栓をボトルの側面
の穴へ引き出してしっかりとめ,エポキシ接着剤で固
定する。
E 接着剤が固まったらリード線をデジタル温度計に
接続する固定して,リード線を取り付ける。(図−3)
F ペットボトルの口の大きさに合うゴム栓を選び,そ
の中央に穴を開けてバスケットボールやバレーボー
ルに空気を入れるノズルを挿入しておく。
実 験 ; @ ノズルへ手押しの空気ポンプを取り付け,空
気を押し込んだ状態で気温を読んでおく。
A ペットボトルの口のゴム栓を引き抜いて空気を一気
に放出させ,温度変化を読む。
B ペットボトル内へ水を少量入れて、同様の実験を行
う。この時には通常霧は生じない。
C 少量の水と線香などの煙を入れておき,同様の実
験を行うと霧が発生する。
ここで,線香の煙がどのような働きをしたのか考えさ
せる。
図−2 ペットボトルへ取り付けたデジタル温度計 図−3 写真の中央の小さな点がセンサー
デジタル温度計とセンサー間はリード線で延長しておく (赤矢印の先)
図−4 ポンプを10回ほど押した後の温度 図−5 空気栓が抜けた直後
(28.7℃から32.6℃へ上昇) (24.7℃まで下降して霧が発生)
図−6 その後霧が消えながらさらに温度が下降
(22.0℃まで下降した)