大きな間違い

2011年 2月7日

ちょっと専門的な話になっちゃいます。しかも長いし…(^^ゞ
d0182220_17404547.jpg

だいぶ前にブログでも紹介しましたが、
バングラデシュの小学校の理科実験で、

水の入った皿に火のついたロウソクを立て、その上からコップをかぶせる。
すると、しばらくすると火が消え、コップの中の水面が上昇する。

という実験があります。
国定教科書に載っている数少ない実験の一つで、特に有名な実験です。
任地に来た時、初めて同僚から見せてもらった実験でもあります。

理論の方は、コップ内の酸素が使われた分だけ上昇しているということです。
実際に5分の1程度上昇することから、空気の中における酸素の割合を簡単に知ることができる
という解説が続きます。
訓練生、同僚のカウンターパートもだいたい知っていて、教科書にも書かれています。

私はこれに対し、そもそもコップの中の酸素が全て使われるわけが無いと考えました。
実験の内容は異なりますが、これは日本の小学校6年生の理科の燃焼の実験で明らかになっています。
空気中の酸素が21%あったとして、16%前後になった時、火は消えてしまうのです。
使われた酸素は5%。できた二酸化炭素が水に溶けたと考えても20%には遠く及びません。

そもそも実験では、火が消えた後に急激に水面が上昇しているように見えます。
これでは酸素が使われた分だけ水面が上昇するという説明では納得できません。


大きな原因は何か?


調べた限り、空気の体積変化が大きな原因ということです。
まず、コップの中の空気はロウソクの火によって熱せられ膨張します。
しかし、その後、火が消えることによって、空気が収縮し、圧力が下がります。
そこで、その部分を補うようにして水面が上昇するということです
もちろん、酸素が使われ、二酸化炭素が水に溶けたことも複合的に関係します。

とりあえずクルナPTIの講義では今までこのように解説していましたが、本当にそうか?
ということで、もう一度ネットで調べてみると…


元々この実験はマイケル・ファラデーの「ロウソクの科学」(1861)という著書に掲載されたものらしいです。
もっと昔にも形を変えてあったと思いますが(^^ゞ
大手教育関連メーカー、地方新聞の科学実験コーナー、様々な頭良いっぽい人のブログ等でこの実験の解説がありました。


すると…


酸素が使われた分だけ、水面が上昇するとなっています…
これで、空気中の酸素の割合がわかる等々…


もちろん間違いだと考えます。要因の一つにすぎないので<`ヘ´>
一方で、この実験の解説の間違いを指摘するものもたくさんありました。
現在は空気の体積変化を抑えるため、酸化鉄をつくって酸素の割合を調べるといった実験が多く行われています。
古い定説が今も当然のように語られていることは本当に恐いことです。
ちょうど水面の上昇率が20%前後という偶然が、この実験の盲点をつくりだしたのでしょう。


しかし、今度はこの考えに思考が偏り過ぎている面も多く見られました。
科学実験で有名なD先生もこの実験の解説で圧力の点にしか触れていませんでした。
「コップの中に入っている水はろうそくの火がついているうちは中の空気があたためられて、外に出ようとします。しかし、火が消えるとコップの中の圧力が低くなりコップの外の水を吸い上げてゆくのです。」


確かにこの実験ではロウソクが消えた後に水面が上昇するように見える場合が多いです。
ただそこにも盲点がありました。
何度も実験して気がつきましたが、簡単なことです。
水の上にコップをかぶせているので、水面下の変化が見えにくいのです。
また、大抵コップは上部が広いので、その部分は変化が乏しく見えます。
丸底のフラスコで実験してみると、一目瞭然でした。
d0182220_181392.jpg

ロウソクの火がついている状態でも、ぐんぐん水面は上昇していきます。
そして、火が消えた後、さらに上昇していきました。


そこで私はこの実験において、
酸素が減り、二酸化炭素が水中に溶けることで水面が上昇する段階、
その後、
空気が収縮することで水面が上昇する段階(二酸化炭素の溶け込みは続く)、
の2つの段階もつ。
また、2つ目の要因の方が影響力は大きい。
と結論付けました。


もちろん、これが絶対的に正しいとは限りません。
このように解説しているものは見つからないからです。
ただ、相対的にこれが一番正しいと自分自身で考えています。

確信は無いため、どなたか異論を頂けると嬉しいですm(__)m

ん~ 難しいとこだけど、面白い◎

てか、結構問題じゃないこれ?って思ったりもしました(@_@;)
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by kagosima1023 | 2011-02-07 17:51 | 活動


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