科学の鉄人らんま先生のかんたん・びっくり!環境実験ラボ

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6.ペットボトルの中に雲をつくろう

空気の出し入れで温度を変える「ヒートポンプの実験」だよ

保護者のみなさまへ
実験で使用する炭酸キーバーは、100円ショップやスーパーで入手できます。実験ではペットボトル内の空気を圧縮するために使いますが、過度に圧縮するとペットボトルが破裂する恐れがありますのでご注意ください。実験準備で示す圧縮回数は余裕を持って示していますが、ペットボトルの様子(ふくらみ具合)を見て、圧縮回数の調整をお願いします。

使うもの

  • ①炭酸キーパー(ストッパー)ホームセンターやスーパーなどで売ってるよ。
  • ②きれいにあらった炭酸用ペットボトル(2リットルサイズ)コーラやサイダーなどが入っていた少しかためのペットボトルを用意してね。
  • ③温度計
  • ④スプレータイプの消毒液ドラッグストアや薬局で売っているキッチン用消毒液でもいいよ。エタノールが入っているか確認(かくにん)してね。水とキリふき器でもOK。

実験の準備

  • ①ペットボトルに温度計を入れ、炭酸キーパーを取りつけ、フタをする。
    その後、5分ぐらいしてから温度を測る。

  • ②炭酸キーパーを約30〜50回おして、中の空気を圧縮(あっしゅく)して、温度を測る。イラストの温度は参考だよ。ちがっていてもだいじょうぶ。

ポイント! この時、ペットボトルの中の空気が一気に膨張して冷えるよ。膨張後の温度が少しでも下がっていればOK。

  • ③次に炭酸キーパーを外して、ペットボトルの温度を測る。この時、ペットボトルの中の空気が膨張(ぼうちょう)しはじめます。その後、しばらくしてから温度を測るといいよ。温度が下がっていればOKだよ。

空気を圧縮した時に温度が上がっていればまずは成功!覚えてほしいのは「空気は圧縮すると温度が上がり、膨張すると温度が下がる」ということ

実験開始!

さぁ、雲をつくろう!

  • ①ペットボトルの中に、消毒液をスプレーで5回程度ふきかける。

  • ②炭酸キーパーを約30~50回おして、中の空気を圧縮。炭酸キーパーのおしすぎはキケン。
    ペットボトルをさわって、パンパンにふくれてたら、圧縮は中止すること。
  • ③炭酸キーパーのフタを外すと…

ポイント! 雲は白いので、少し暗い色のカーテンや家具、黒い紙の前で実験すると雲がよく見えるよ

ペットボトルの中に雲ができたら成功!

らんま先生の解説

空気を入れると温度が上がり、空気をぬくと温度が下がるのはなぜ?

空気は、圧縮(あっしゅく)すると温度が上がり、膨張(ぼうちょう)すると温度が下がるという性質があります。
この性質は200年前、フランスの物理学者カルノーによって発見されました。この性質を応用したのが、ヒートポンプとよばれる仕組み。

圧縮と膨張と空気の温度の関係

今回の実験では、炭酸キーパーで空気をたくさんペットボトルに入れ、中の空気を圧縮して温度を上げ、空気をぬいて中の空気を膨張させて温度を下げたんです。

なぜ、雲ができたの?

炭酸キーパーを使い、ペットボトルの中の空気を圧縮して温度を上げると、ペットボトルの中の消毒液や水が気体になって、うかび上がります。 次に、炭酸キーパーを外すと、ペットボトルの中の空気が、一気に膨張して冷え、

雲ができる仕組み

ペットボトルの中の消毒液や水分が氷や水のツブになって、雲ができたというわけなんです。

らんま先生のこばなし

実はエアコンも同じ仕組みです。例えば、ヒートポンプを使った暖房(だんぼう)は、電気の力で空気を膨張させ、室外機に熱を集め、それを圧縮して熱い空気をつくり、室内をあたためているんです。
こうした技術は昔と比べて、より少ない電気で空気を膨張させたり、空気を圧縮することができるようになっていて、省エネなどに役立っています。

<エアコンの仕組み>

エアコンの他にも、空気の熱を集めて(圧縮して)お湯をつくるヒートポンプ給湯器(きゅうとうき)や冷ぞう庫、ゆか暖房、乾燥機(かんそうき)など、たくさんの家電品があります。
おうちの人にも省エネに役立つヒートポンプが使われている家電品があることを教えてあげてくださいね。

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