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グリーンプラザの実験教室。
みなさんこんにちは。グリーンプラザの実験教室へようこそ。
実験を担当するもっちゃんとの国だよ。よろしくね。
今回作るのは、明かりを灯す電球だよ。題してエジソン電球。あのエジソン、そう、有名な発明家エジソンが作ったからその名前がついているよ。
エジソンは、植物を燃やしてできた炭に電流を流すと、明るく光ることに気づいたんだって。今回はシャープペンシルの芯を使って再現してみるよ。シャープペンシルの芯が電球になるの、信じられない。
今は電気があるけど、明りって昔は何だったと思う？知ってる？ろうそくだよね。そう、昔は物を燃やすことで明かりや暖をとっていたんだね。ろうそくの後には、できるなどの油を利用したランプが使われたりしてきたけど、19世紀になると電気の力を利用して、安全で長時間使える電球が説明されたんだよ。その時、開発に携わったのがあのエジソンなだよ。長持ちをする電球を作るために、いろんな材料を使って実験したんだって。その数、なんと6000種類。そんなに諦めずに頑張ったんだね、すごい。その結果、なんと日本の京都の竹を使った墨が長持ちして、研究にぴったりでわかったんだって。よく日本の竹にたどり着いたよね。
そんなエジソン電球作っていくよ。スタート。
材料の確認をしていきましょう。それからおうちで準備してもらう道具は、こちら。
それでは早速工作していきましょう。始めに、1本のミノムシクリップのコードをハサミで半分に切ります。
切ったコードの端をそれぞれ1センチから2センチくらいむいて、銅線をねじっていきます。
次に、ガラス瓶の蓋にミノムシクリップのコードが通るくらいの穴を、千枚通しと金槌を使って2つ開けます。穴と穴の距離は4センチ離してね。
穴を開けたら、銅線が通るか確認するといいね。確認できたら、ミノムシクリップを覆うゴムカバーを外れない程度にずらしておいてね。
次に、ガラス瓶の蓋を回して外し、それぞれの穴に半分に切ったコードを1本ずつ通します。ガラス瓶の中にミノムシクリップが来るように、下の内側から外へ導線を出してください。
導線が出せたら、ミノムシクリップが付いている方の銅線の長さを調整しよう。どのくらいの長さにすればいいの？ガラス瓶の中に入れた時、中心より少し上あたりにミノムシクリップの先端がくるくらいの長さにしてね。
銅線が調整できたら、蓋の内側から穴の隙間を埋めるように、瞬間接着剤で銅線を固定します。
接着剤が乾いたら、ねじった同線部分にクリップをそれぞれつなぎます。こんな感じかな。うん、いいね。そしたら、シャープペンシルの芯の両端をミノムシクリップで挟んで、蓋をそーっと閉めておきましょう。
どうして蓋を閉めるの？フタを閉めないと、空気に触れて芯がすぐダメになっちゃうからね。
次は、乾電池4個、電池ケースにセットします。片方にバネがついているね。そう。バネの方には必ずマイナス極が来るように電池を入れてね。
電池は4個も使うんだね。そう、電池のつなぎ方には直列つなぎと並列つなぎがあって、今回は直列つなぎだよ。直列でつなぐと、電池の個数に応じて電圧や電流が高くなるので、電球が明るく光るんだよ。電池が4個ならパワーも4倍になるってことだね。
芯が光った。すごい。しばらくすると、光が強くなって燃え尽きちゃうよ。そうになったら電池を外そうね。
ねぇ、なんでシャープペンシルの芯が光ったの？芯に電気が通ることで光るんだよ。みんながよく見る電球は、大きく分けてフィラメント、ガラス球、口金の3つでできているんだ。このフィラメントに電流を流すと、徐々に温度が上がっていって、強い光を発するんだよ。今回はこのフィラメントがシャープペンシルの芯ってわけ。フィラメントが熱くなるのは、電流が流れているときに発生する摩擦熱のせいなんだ。電球はこの高い熱から出る光を証明として利用しているんだよ。
でも、もっちゃん、どうしてシャープペンシルの芯は電気を通すの？わかんない。じゃあ聞いてみよう。教えて。
電気を通すものって他に何かあるっけ？うーん、確か金属はさ、大体電気を通すよね。確かに。金属以外のものだと、木とかとプラスチックとかあとゴムは電気を通さないよね。確かに。じゃあ、シャープペンの芯ってどうなんだろう。これって金属じゃないよね。
エジソンが電球に使ったのは、確か、あ、わかった、炭にした竹。そっか、シャープペンシルの芯も炭でできているんだ。そして、炭は電気を通すんだ。ちなみに、光る時間や明るさは、シャーペンシルの芯の濃さや太さによって違うんだって。
違いを比べるために実験してみよう。今回はHB、B、2Bの3種類の芯で違いを見てみるよ。
は、こさが違うと光の強さや長さも変わるんだね。どうしてなの？
シャープペンシルの芯に含まれている炭素の量で、電流が流れる時に発生する摩擦熱の大きさが変わるからだよ。芯が濃いほど、炭素が多いってことなのかな。そう。この実験では、炭素の量が多くなるほど光が強くなるけど、光っている時間は短くなるってことがわかったね。
おうちで実験してみよう。もっと光る時間を長くさせたいときは、瓶の中に回路の砂を入れてみようなんで。長持ちさせるためには、物を燃やすために必要な酸素を減らす必要があるんだけど、回路って実は酸素を使って熱くなるんだよ。つまり、瓶の中の酸素を回路が使ってしまって、酸素が減る。正解だから、回路の砂を入れると芯が光っている時間が長くなるんだよ。なるほどね。
19世紀にエジソンが電球を発明してから、その仕組みや形はあまり変わっていないんだって。ただ、もっと明るくするためにフィラメントを二重に巻いたりして、様々な工夫がされているよ。そして今は、白熱電球よりももっと長持ちするLED電球が普及しているよ。LED、知ってるよ。明るくしても熱が出にくいし、とっても長持ちです。省エネなんだよね。
でも、どんな明かりもつけっぱなしはせずに、必要がないときにはこまめに消して節電しようね。
今日のまとめ。電球はフィラメントに電気を通して出た熱を光に変えて光っているよ。物には電気を通すものと通さないものがあって、金属は電気を通すけど、実は炭素も電気を通すよ。今普及しているLED電球は、白熱電球に比べて熱も出ず、省エネだよ。今回はシャープペンシルの芯を使ったエジソン電球に挑戦してみました。
上手に光ったかな。綺麗に光ったし、楽しかった。よかった。みんなもいろいろ工夫して楽しんでみてね。エジソンみたいに何回もチャレンジすると、新たな発見ができるかも。それでは、これで実験教室を終わります。またねー。