熱による空気の対流実験

－熱による上昇気流で羽根を回そう－

執筆者：函館市駒場小学校（函館市小学校理科研究会所属）　笠井雅秋先生

先生からひとこと: 私は現在、函館市小学校理科研究会の幹事長をしています。平成９年度には、北海道理科教育センターの長期研修員として、半年間お世話になりました。今後も理科教育のためにがんばるつもりです。よろしくお願いいたします。

なんの実験かな？

空気を温めると上昇気流が生じます。その空気の温め方として、電灯や日光を黒などの色のついた厚紙にあてて、紙を温めます。厚紙はピラミッドのような三角すいの形にし、中の温められた空気が上に出ていくようにあなをあけておきます。そこに、羽根をつけるとくるくると回るというしくみです。

用意するもの

・1.5ﾘｯﾄﾙのペットボトルの下半分
・ＴＰシート
・色画用紙（黒、白　緑など）
・アルミシート
・まちばり
・ねん土
・カラー上質紙
・厚紙（白ボール紙）
・セロテープ
・はさみ

つくり方

(１) 　ピラミッド作り
・ＴＰシートを図１のように切り取り、ピラミッドを作る。
・同じように色画用紙を切り取り、ピラミッドを作る。

(２) 　羽根作り
・カラー上質紙を図１のように切り取り、中心にアルミシートをはって、
まちばりの先があたるように折り目をつけておく。
・ねん土を細長くまるめ、まちばりの先が出るようにしてうめる。

(３) 　対流実験装置を組み立てる
・ＴＰシートと色画用紙のピラミッドを重ねて、
その中にはりのついたねん土を入れる。
・ピラミッドの上から出ているはりに羽根をのせて、
くるくる回るかどうかたしかめる。回らないときは調節する。
・ペットボトルの底半分で、ふたをするようにかぶせる。
（風があたらないように）
これで完成。

羽根を回そう！

(１) ピラミッドの側面に日光や電灯の光をあてます。
(２) ピラミッドの色を変えると、羽根の回り方が変わります。

不思議はどこだ

・風が吹かないのになぜ羽根は回るのでしょうか
・白より黒の紙のほうがよく回るのはなぜでしょう。

考え方

・黒い色は光（熱）を吸収しやすく、白は吸収しにくいので、
夏に着る服は白が多く、冬に黒っぽい服が多くなるのですね。

・ピラミッドの中にある空気が、黒の紙によって温められ、
上に上っていきます。上にいけばいくほどせまくなっているので、
いきおいを増します。そして、風車のように羽根を回すのです。

・温められた空気は上にいって、上にあった空気は下に下がってきます。
これが対流といいます。

・地球上の空気も同じように、太陽によって温められ（地面が先に温められる）、
上昇気流となって上にいく途中で、どんどん冷やされ、水蒸気が水滴や氷の粒になり、
雲ができるのです。やがて、雨となってふってきますので、水も循環しているのですね。

実験のカンどころ

・この装置で苦労するところは、羽根作りです。
よく回る羽根にするように形を工夫したり、
うらの中心につけるアルミシートの大きさやはりの先がスムーズにつくようなくぼみをつけるところです。

応用編
・クリスマスのキャンドル立てで、ろうそくの炎による上昇気流をつかって、金属製のうすい羽根に馬や天子をつけて回すのがあります。

（１)　よういするもの
・うすいアルミニウム板
・ろうそく
・ろうそく立て
・金きりばさみ
・鉄芯（２０ｃｍくらい）

(２) 作り方
・うすいアルミニウム板を切って羽根を作る。
・羽根の中心にくぼみをつける。
・鉄心を木片に固定して羽根をつける。
・火がついているろうそくを台にのせる。
・羽根のそれぞれにアルミ板で作ったものを下げる。

もっと知りたい人へ

北海道理科教育センター長期・短期研修講座資料
（同センター物理学研究室へお尋ねください。）