愛媛県総合科学博物館研究報告，!１１，６７−７５，（２００６）

事業報告

電子レンジを用いた実験と工作について
篠

原

功

治*

Experiments and Works Used by Microwave Oven
Koji Shinohara

A microwave oven could use to the various interesting experiments and works except cooking. The science shows
and a science class by a microwave oven were held in ehime prefectural science museum. There were many
experiments and works used by a microwave oven, for example the hertz experiment, how to warm by the water andoil, how to light an electric bulb and a fluorescent light, the plasma radiation of carbon fiber, how to make the dried
flowers, how to make the bronze mirror necklaces. Their methods were described by this paper.

は

じ

め

項 目 名

に

マイクロ波について，水と油と氷の実験，ヘルツの実
電子レンジでものを温めることが日常となっている．
なぜ温まるのか，なぜ温まりやすいものもあれば温まり験，プラズマ発光の実験，蛍光灯と電球の点灯実験，押し花の工作（紹介のみ），青銅鏡の工作（紹介のみ）

難いものもあるのか，考えてみるとサイエンスショーや博物館講座での構成やねらいを具体化できる．電子レン（２）開館１
０周年を記念したサイエンスライブショー

ジは，マイクロ波と呼ばれる電磁波の１種によって加熱事業概要する調理器具である．使い方を順守すれば，電磁波の性

タイトル：電子レンジの実験

質を分かりやすく伝えるのに電子レンジは有効な実験装開催期間：平成１
６年１
１月１
３日と１
４日

置となり，より身近な存在として科学の楽しさを伝える

実施時間：約３０分ことができるようになる．本稿では，実施した電子レン

総観客数：８９人

ジを用いた実験と工作について，項目ごとにまとめ，そ

実施回数：２回

れぞれ，現象，原理，方法（準備物，注意点も含む）
，

項 目 名

実際に実施して分かったこと，課題を中心に，その内容

マイクロ波について，水と油と氷の実験，ヘルツの実を報告する．

験，プラズマ発光の実験（赤りんの発光と比較），蛍光
灯と電球の点灯実験，押し花の工作（紹介のみ）
，青銅
実

施

要

項

鏡の工作（紹介のみ）（１）サイエンスショー（３）博物館講座科学工作教室１

事業概要

事業概要

タイトル：電子レンジでものが温まるのはなぜ？

タイトル：電子レンジでチン！きれいな青銅鏡をつくってアクセサリーにしよう

開催期間：平成１５年１
２月１３日から平成１
６年３月５日実施時間：約２０分

開 講 日：平成１
６年３月２７日

総観客数：２０９６人

開講時間：３時間
材 料 費：１
０００円

実施回数：１
１
４回

受 講 者：１
４人／応募者３４人（定員２０人）
対

象：小学４年生から中学生

項 目 名＊愛媛県総合科学博物館

学芸課

科学技術研究科

Dept. of Science and Technology Ehime Pref. Science Museum

押し花の工作（紹介のみ），青銅鏡の工作（木炭からのプラズマ発光観察可能）―６７―電子レンジを用いた実験と工作について（４）博物館講座科学工作教室２

える説明方法を見つけることが課題として残った．

事業概要
タイトル：電子レンジでチン！青銅鏡をつくってアクセ（２）水と油と氷の実験
現象

サリーにしよう水は油より早く温度上昇が起こる．水は５０℃を超える

開 講 日：平成１７年３月１２日
開講時間：３時間が，油は３０℃前後にしかならない．温度差は手に容器を材 料 費：１０００円

持つだけで確認できる．氷は僅かに表面が溶けて，水に受 講 者：１
６人／応募者１９人（定員２０人）

なった部分だけ温まる．

対象：小学４年生から中学生
原理

項 目 名

メカニズムについては明らかにすることを目的として

青銅鏡の工作（木炭からのプラズマ発光観察可能）

いないが，見学者の反応や年齢層を考慮して必要に応じ電子レンジを用いた実験と工作て説明した内容を記す．水の分子には電気的な偏りがある．水素側がプラスの性質であり，酸素側がマイナスの（１）マイクロ波について性質である．水の分子がマイクロ波を吸収すると，１秒

現象

間に２
４．
５億回向きを変えることになり，分子の熱運動が電磁波には「電場（電気）」と「磁場（磁石）」の性質

激しくなり発熱する．油は，分子全体として電気的な偏りのない無極性分子であり，マイクロ波による振動が起がある．

こり難く，発熱に時間を要する．氷はマイクロ波が通り原理

抜ける性質があるので吸収されない．表面だけ溶けて温理科年表を参考にして，電磁波の分類上におけるマイまる現象は冷凍食品全般で起こる．一般には，マイクロクロ波についての説明する．波長が１０−４#（０．
１!）以

波は食品の表面だけで吸収されず，素通りもしないとさ上の電磁波を電波と呼ぶ．特に波長１０ #から１#の電

れている．

−４

波はマイクロ波と呼ばれている．１
０ #から１
０ #はサ
−４

−３

ブミリ波，１０−３#から１
０−２#は EHF（ミリ波）
，１
０−２#か

方法（準備物，注意点も含む）
同量（約７０$）の水と油と氷を電子レンジで１５秒程度

ら１
０ #は SHF（セ ン チ 波）
，１
０ #か ら１#は UHF−１−１（極超短波）に分類されている．サブミリ波は望遠鏡

加熱する．

に，EHF は宇宙通信・無線航行に，SHF は宇宙通信・
レーダー・電子レンジに，UHF はテレビや携帯電話に実際に実施して分かったこと利用されている．電子レンジに使われているマイクロ波

一番温まりやすいものは，と質問すると，氷と答えたの 波 長 は 約１
２"で あ り，SHF（セ ン チ 波）か ら UHF

見学者は少なかったが，水と油と答えた見学者の割合は（極超短波）に分類され，周波数は２．
４５GHz である．

同じであった．水と油のどちらにするのか悩んで，分か電波を使用する他の機器への混信を防ぐために周波数はらないと答えた見学者も多くいた．この実験は，サイエ

電波法の規定によって決まっている．

ンスショーの導入時に，温まりやすいものもあれば温まり難いものもあることを見学者に知ってもらうために実方法（準備物，注意点も含む）

施した．サイエンスショーに見学者を引き込むための導Microsoft PowerPoint を用いて図表を中心に説明する．

入時の実験として，最適であった．

実際に実施して分かったこと（３）ヘルツの実験「電磁波は，電場（電気）と磁場（磁石）の二つの性

現象
銅線を円状にして半田付けして取り付けたネオン管が質を持っている．
」，「電子レンジと携帯電話の波長は非常に近い．
」といった説明箇所は見学者から反応があっ

点灯する．

たが，その他の説明箇所は，図表を用いて見学者が退屈原理して席を離れないように手短に行った．

発生した電磁波によって銅線内に電気が流れネオン管課題が点灯する．目に見えない電波の存在を示すには最適と電子レンジのサイエンスショーを行う上でこの説明はされている．

必要不可欠であるが，もっと簡潔に興味深く聞いてもら―６
８―

篠 原 功 治

実際に実施して分かったこと

方法（準備物，注意点も含む）
図１にヘルツの実験装置を示した．ステンレス板・銅１分から２分で炭素繊維が切れて直線状になるまで繰

線（黄銅）・金属球・支持台・誘導コイル・電源装置・り返し起こる．この状態となってもライターの炎程度のミノムシクリップ付きリード線・ネオン管で実験装置を

小さなプラズマは発生する．炭素繊維の結び目にアルミ組み立てる．電圧を上げると金属球間で火花放電が起こ

ホイルを巻いて補強してもよい．条件によっては，発生

り，同時にステンレス板から電磁波が発生する．銅線をした火の玉は電子レンジ内の天井付近まで浮遊すること円状にしネオン管を半田付けした後にステンレス板へ近もある．開館１
０周年を記念したサイエンスライブショー

づける．発生した電磁波は人体への悪影響が疑われてお「電子レンジの実験」では，電子レンジの外で赤りんをり，装置内は高電圧となっているため，最も危険な実験

試験管に入れてアルコールランプで加熱して青白いりんとなり，特に細心の注意が必要である．

光の火の玉を発生させた．しばらくして，酸素を注入してより明るくさせてプラズマ発光と比較した．見学者の実際に実施して分かったこと

反応は，プラズマ発光では驚嘆する様子を拝見できた．

テンレス板や，金属球間で発生した火花放電のおよそ

一方，赤りんの発光では，怖がる様子がうかがえたた

半径１"以内で，ネオン管の点灯を確認することができ

め，電子レンジをテーマとしたサイエンスショーでは，

た．サイエンスショーにおける電磁波の説明は，話が中行わない方がよいことが，実際に実施して分かった．

心となってしまうが，導入部分でヘルツの実験を行うと効果的であった．発光ダイオードでは点灯を確認するこ（５）電球と蛍光灯の点灯実験とができなかった．

現象
図３に左から電球・蛍光灯・スペクトル管（水素・ネ課題

オン・アルゴン），図４に電球の点灯，図５に蛍光灯の発生した電磁波は，ピンマイクからノイズを発生させるため，短時間に留めておくことが必要である．また，点灯，図６に水素の放電，図７にネオンの放電，図８にアルゴンの放電を示した．

ヘルツの実験装置から遠方にある，赤外線センサーによって作動する電子機器に影響を及ぼし，誤作動を引き起原理

こすことがあるため，現地での予備実験が必要である．

電球（４）プラズマ発光の実験

球が明るく光る．電球内には金属でできた繊維状の部品

現象があり，電気を流すと強く光る性質がある．これをフィ

電球を電子レンジ内に置きマイクロ波を照射すると電図２にプラズマ発光を示した．火の玉の形をした橙色

ラメントと呼び，タングステンなどの金属から作られている．このフィラメントが熱せられて光を発する．マイのプラズマが発生する．

クロ波加熱（高周波加熱）には，水のような絶縁体を加原理

熱する誘電加熱と，金属のような導電体を加熱する誘導

この実験は，サイエンスショーで電子レンジを使って加熱がある．主に誘電加熱はマイクロ波（電磁波）の電

火の玉を作ることができることを知ってもらうために実場を，誘導加熱は磁場を利用する．フィラメントは金属施した．そのメカニズムについては明らかにすることをであるため誘導加熱となり電磁誘導作用により生じる渦

目的としていないが，見学者の反応や年齢層を考慮して電流を中心に発熱する．そのため，切れて電気が流れな

必要に応じて，プラズマ発光について，原子や分子からくなったフィラメントでも熱せられるため，使えなくな

電子が剥ぎ取られた不安定な状態でありこの際に光が発った電球でも光る．

生する，と説明した．
蛍光灯
方法（準備物，注意点も含む）

蛍光灯を電子レンジ内に置き，マイクロ波を照射する

ビーカーまたはコニカルビーカーに砂を３!程度入れと，蛍光灯が明るく光る．蛍光灯内にもフィラメントがる．底から数!のところが焦点のようである．その上にあるため，このフィラメントから電子が放出されて内部

直径１!から１．
５!の円状に結んだ炭素繊維を置く．電の水銀原子に当たると紫外線が発生する．この紫外線が子レンジ内にアルミの板（アルミ製の灰皿）を敷き，ビ蛍光面に衝突して光る．電球に比べて明るく光る．通ーカーを載せる．電子レンジで炭素繊維にマイクロ波を常，同じ電力であれば蛍光灯の方が明るく光る性質があ照射する．アルミの板（アルミ製の灰皿）はマイクロ波

るためである．

を反射させるためプラズマが発生しやすくなる．

―６９―電子レンジを用いた実験と工作について

方法（準備物，注意点も含む）

スペクトル管スペクトル管を電子レンジ内に置き，マイクロ波を照タイル・食器洗浄用スポンジ・吸水性のよい白い紙・

射すると蛍光灯と同様にフィラメントから電子が放出さ輪ゴムを用いて草花を挟み，電子レンジでマイクロ波をれる．スペクトル管では，放出された電子が，水素，ネ照射する．時間は，１分から１分３０秒の間で調整すると

オン，アルゴンの原子に直接当たり光を発し種類によっよい．厚みのある草花は表面のみ乾燥し，内部は蒸発して様々な色が発生する．一般に，スペクトル管内の放電難いため用いない．黒い紙は発火するので使用しないこは両端間の高電位差で起こるが，本稿でのマイクロ波をと．フィルムに挟み，ラミネート加工すればしおりとな

照射して起こる発光，発色も放電によるものとする．

る．色の付いた和紙を挟むとよりきれいに仕上がる．手芸店や１
００円ショップで売られているレンズ付きで封入

方法（準備物，注意点も含む）

タイプの携帯電話ストラップホルダーを用いれば，観察

電子レンジを使って，使えなくなった蛍光灯と電球がもできて，用途が広がる．

一時的に点灯することを知ってもらうために行う．蛍光灯と電球の内部に封入された気体によって光の色が異な

実際に実施して分かったこと

ることを明確にするためにスペクトル管を使用する．電押し花の工作は，比較的危険性の少ないものであり，

子レンジで電球・蛍光灯・スペクトル管（水素・ネオ

実用的でもあることから，見学者に人気があることが実

ン・アルゴン）にマイクロ波を照射する．３秒以上行う

際に実施して分かった．押し花は，家でやってみたいのとフィラメントが融解し，ガラス面と接触してひび割れ

だけれど方法を確認したい，という内容の質問をたくさが起こり，その後，光らなくなる．

ん受けた．

実際に実施して分かったこと

課題

点灯させる順番は，電球，蛍光灯，スペクトル管でよ実験が中心になるサイエンスショーで，工作の要素をいのだが，何回も電子レンジ内で点灯実験を行うと見学含ませたく，簡単にできる押し花作りを，紹介という形

者は飽きてくるので，スペクトル管の点灯実験では，気で行った．実際に見学者が作る場合は，電子レンジ１個体によって様々な色が発生する電球の実物を用意しておに対して１人しか工作できないため，待ち時間の配慮がくことが望ましい．スペクトル管は，水素，ネオン，ア必要になる．

ルゴンを用いたが，それぞれの気体について興味を持つ
見学者が多くいたことから，各気体の説明も随時行うこ（７）青銅鏡の工作とが必要であることが実際に実施して分かった．

現象
図１
１と図１
２に溶けた青銅（るつぼから鋳型へと移る際

課題の状態変化），図１３から図１７に受講者が作った青銅鏡のこの実験は見学者の反応から，サイエンスショーの中

ネックレスを示した．図１３から図１５は，平成１
６年３月２７

で最も強い印象を与える実験であることが分かった．そ日に実施した科学工作教室で，凸型，分離型，三日月型のメカニズムについては明らかにすることを目的としての３通りの形になった青銅鏡部を示している．図１
６は，いないが，必要に応じて説明する場合に，手短で明解な

平成１
７年３月１
２日に実施した科学工作教室で，形状を均解説を行うことが一つの課題といえる．

一化することができた青銅鏡部を示している．図１
７は青銅鏡のネックレスがアクセサリーとして機能したことを（６）押し花の工作示している．

現象
図９に押し花製作道具，図１
０にしおりと携帯電話機の原理

ストラップを示した．電子レンジを使って，植物の乾燥

マイクロ波は炭素を温め，９００℃前後の高温にする．

標本を作り，しおりと携帯電話機のストラップを作る．

融点２３２℃のスズが溶け，融点１０８４．
５℃の銅が８００℃前後
で溶け始める．銅とスズの割合は７対３が最も美しい鏡

原理面になり，次いで，６対４である．合金の硬さもこの順

植物の水分が蒸発して紙に吸収され，乾燥標本ができ

である．

る．
方法（準備物，注意点も含む）
青銅鏡部
小さいるつぼに粒状の銅２１!と粒状のスズ９!を入れ―７０―

篠 原 功 治

粉末の木炭で表面を覆う．大きいるつぼに粉末の木炭をけ難い場合は，アルミの板での底上げを１!から２!の適量入れ，その中に小さいるつぼを入れて蓋をする．電範囲で変更するか，電子レンジを変えてみるのもよい．

子レンジ内にアルミの板を敷き底上げする．底から数!

平成１
６年３月２
７日に実施した科学工作教室では，鋳型にのところにある焦点に合わして，るつぼを載せ，５分間気泡が入っており高温になることで膨張が起こってしま

電子レンジ内に置いてマイクロ波を照射する．この際にった．青銅中央部が膨らんだり穴が開いたりした．アク木炭からプラズマ発光が起こる．表面に銀色を伴った赤セサリーとして意図しない形となり，結果として受講者

く溶けた青銅ができる．るつぼバサミを用いて電子レンに喜んでもらう要因になった．平成１
７年３月１
２日に実施

ジの外にるつぼを移動させる．石こうで作った鋳型に移した科学工作教室では，鋳型の形状を簡素化したこともし，固まれば水槽の水で１０分間冷却させる．基本的にはありある程度の均一した青銅が得られた．サイエンスシ

受講者にこの工程を行わせる．ただし，るつぼバサミを

ョーでは，銅とスズが融解する様子は写真で示し，演示用いて電子レンジの外に移動させる作業は，るつぼが割

ではビーカーに水と低融点合金を入れて２０秒程度電子レ

れていることがあるために受講者は見学のみに止めるこンジでマイクロ波を照射したが，見学者の反応は少なかと．溶けた金属と水は相性が悪いため水に濡らした手袋った．青銅鏡のネックレスも見せたが，同じく見学者のは用いないこと．乾燥した手袋も操作性を低下させるた反応は少なかった．一方，科学工作教室では，受講者

め用いず，作業は素手で行うこと．冷却後に紙ヤスリとは，木炭からのプラズマ発光に大きな興味を示し，溶け金属クリーナーで鏡面の加工を行い，青銅鏡とする．

た青銅を見た時と，金属クリーナーで青銅を研磨した時には全員が驚嘆した．

鋳型部
鋳型を作る際には気泡が入らないようにするため，先課題
課題は，割れてしまったるつぼとその蓋の費用であにゴム製容器のラバーボールへ水を入れた後，鋳型用石
こうを静かに入れる．石こうと水の分量は，同体積を目る．材料費１０００円では，るつぼとその蓋の費用をまかな

安とする．青銅鏡部の形状となるフィルムケースを，底うことができない．割れなかったるつぼも高温により底面が下になるようにして，水沈している石こうの上面か面が黒色化してしまう．

ら２!程度の深さまで入れて反応を待つ．反応終了後にお水を捨てフィルムケースを抜いて乾燥させる．乾燥した

わ

り

に

鋳型に金属用半田付け促進剤のフラックスを塗っておく
電子レンジは，調理器具として生活に溶け込んでおと青銅の形が安定する．

り，食品を温めるために台所にある道具という概念がある．そのしくみが，電磁波（マイクロ波）によるものでアクセサリー部
ネックレスとして仕上げるため金属片・皮製のひも・あり，ヘルツの実験でその存在を確認する．水や油や氷

９ピンを加工する．手芸店に類品が他種あり，金属片はという身近なものを加熱しその温度差を比較すること

長方形で小さな穴が１箇所開いてあるもの，皮製のひもで，その性質を確認する．次いで，被加熱体を炭素繊維は厚すぎない中程度のものを使用する．９ピンはネックや蛍光灯・電球などへ変え，誘電加熱から誘導加熱へとレス金具の１種で９の字の円部を切り針金状にする．針

流れを変える．この際に，電子レンジが調理器具から実金状の９ピンを金属片の小さな穴へ通して円状に加工す

験装置という位置づけに変わる．プラズマ発光や蛍光る．その円状部分へ皮製のひもを通し両端を結ぶ．金属灯・電球などの点灯が非日常的な現象であるため，見学

片と青銅鏡は，金属用瞬間接着剤で固定する．

者に大きな興味を与えることができる．その後に工作の要素を取り入れることで，理解を促すことができる．電実際に実施して分かったこと

子レンジを用いたサイエンスショーや博物館講座では，

科学工作教室での青銅鏡の作成では，電子レンジ１台

実験と工作を交互に効果的に織り交ぜていくことで内容

でるつぼ１個しか照射できないため，順番待ちの受講者を充実させることができる．電子レンジを使った実験やは金属片・皮製のひも・９ピンの加工を行わせた．銅と工作は危険が伴うため，十分に予備実験を重ね，見学者

スズの融解の際には木炭からプラズマ発光が起こるためや体験者の安全を確保し，事故が一度でも起こらないよ

木炭の粉が舞わないように蓋はしなければならなかっうに，細心の注意が必要となることに言及し，本稿を締た．なお，蓋はるつぼ口と同じ直径のものを使用しない

め括ることとしたい．

と振動によって小さいるつぼと大きいるつぼと蓋が割れるので留意しておかなければならない．照射時間の５分は目安であり，３分程度で融解することもある．銅が溶―７１―電子レンジを用いた実験と工作について

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―７２―

篠 原 功 治

図１ ヘルツの実験装置
Fig.1 The hertz experimental device.

図２ プラズマ発光
Fig.2 The plasma radiation.

図３ 電球・蛍光灯・スペクトル管（水素・ネオン・アルゴン）
Fig.3 The electric bulb・the fluorescent light・the spectrum light(hydrogen・neon・argon).

図４ 電球の点灯
Fig.4 The lighting of electric bulb.

図５ 蛍光灯の点灯
Fig.5 The lighting of fluorescent light.

図６ 水素の放電
Fig.6 The electric discharge of hydrogen.

―７３―電子レンジを用いた実験と工作について

図７ ネオンの放電
Fig.7 The electric discharge of neon.

図８ アルゴンの放電
Fig.8 The electric discharge of argon.

図９ 押し花製作道具
Fig.9 The tools of making the dried flowers.

図１
０ しおりと携帯電話機のストラップ
Fig.10 The bookmarks and the accessory of cellular phone.

図１
１ 溶けた青銅１
Fig.11 The melted bronze !.

図１
２ 溶けた青銅２
Fig.12 The melted bronze ".

―７４―

篠 原 功 治

図１
３ 受講者が作った青銅鏡のネックレス（平成１
６年３月２
７日）１
Fig.13 The bronze mirror necklaces made by the attendants (2004.3.27) !.

図１
４ 受講者が作った青銅鏡のネックレス（平成１
６年３月２
７日）２
Fig.14 The bronze mirror necklaces made by the attendants (2004.3.27) ".

図１
５ 受講者が作った青銅鏡のネックレス（平成１
６年３月２
７日）３
Fig.15 The bronze mirror necklaces made by the attendants (2004.3.27) #.

図１
６ 受講者が作った青銅鏡のネックレス（平成１
７年３月１
２日）４
Fig.16 The bronze mirror necklaces made by the attendants (2005.3.12) $.

図１
７ 受講者が作った青銅鏡のネックレス（平成１
７年３月１
２日）５
Fig.17 The bronze mirror necklaces made by the attendants (2005.3.12) %.

―７５―