愛媛県総合科学博物館研究報告，

５，９５−９８，（２０００）

科学実験教室「ピカー！光の大実験」実施報告
久松洋

二＊

A working report of science class "The emission from illumination"
Yoji Hisamatsu
This report describes the results and the consideration about experiments of emission from lamps and lights which washeld at the science class of this museum. Emission from lights have several types which are thermal radiation, electric
discharge, combustion and luminescence. In this science class, experiments were limited methods for lamps and lights.
The contents of the class was constructed by order acquired methods.

１はじめに・線香の燃焼

明かりを使うことは日常生活で欠かせないものの一つ・スチールウールの燃焼である．単純に見やすくすることから美しく見せるまで，・マグネシウムの燃焼（リボンと粉体）

明かりの利用方法は様々だ．この便利な道具はどのよう・アルミニウムワイヤーの燃焼にして生まれてきたのか，明かりが明るく光るとはどう・閃光電球

いうことか．そのあまりにも当たり前の道具である明かりを科学的な目で再認識してもらいたく本講座を作成し電気を使うとなぜ光るた．

・初めての電気照明器具

講座では数多くの照明機器を使い，明るく光らせるた・アーク放電めの科学的なアイデアに注目しながら実験を行った．受・ライムライト

講生に全く馴染みのない昔の照明から，現在使われてい・蛍光灯と蛍光塗料るものまで，明かりの発光原理についてである．受講生

・放電は自分で明かりの実験をしながら，その明るさや色，光・クセノンランプらせるアイデア，発光と同時に起こる様々なことを体験
エジソンさんがくれた宝物した．
本講座は平成１１年６月６日（日）に愛媛県総合科学博・シャープペン芯ライト

物館科学実験室で実施した講座の報告である．実施時間

・タングステンフィラメントは２時間．対象は小学４年生から中学生で，定員は２０名・ハロゲンランプである．
３実験の構成と内容
２実験一覧

明かりが灯る原理を簡単な実験で理解することが本講

実験項目は以下のとおり．

座の目的である．明かりとして人工的に獲得した順に，燃やせばそれがあかりです．

燃焼，放電，白熱を取り扱った．取り扱った照明器具は・昔のあかり

松明（まつやに），ろうそく，閃光電球，アーク灯，ラ・西洋ろうそくと和ろうそくの比較

イムライト，蛍光灯，クセノンランプ，白熱電球，タン・松ヤニろうそくの明かり

グステンランプ，ハロゲンランプである．この内，閃光・明るく燃やすには？

電球，ライムライト，クセノンランプ，ハロゲンランプは点灯の演示だけ行った．照明としてはこのほかに HID＊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（高輝度放電ランプ）があるが，今回は話題に触れるにとどめた．
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科学実験教室「ピカー！光の大実験」実施報告

導入部に明かりのごく簡単な歴史の話を行い，ものをを燃焼させる．燃焼温度が高いためマグネシウムリボン燃やすことが明かりだったこと，電気を利用するというを火種に用いた．そのままでは酸素が不足し燃焼には至発明，そして熱放射を明かりに利用することの順に構成らないことから，塩素酸カリウムを極少量加えてかき混した．発光原理の利用の移り変わりはそれ以前の原理をぜた中に火種を入れる．音とともに火柱があがる．実験捨てるのではなく，共存し，再発見されることで照明器は非常に危険であるため演示するにとどめた．

具は発展している．そのため，実験した照明器具の発見順序は前後せざるを得ない．ただ，１
００年近く前の見たアルミニウムワイヤーの燃焼こともない照明器具を独立に扱うより，その時代の照明

０．
１ミリφと０．
５ミリφの２種類のワイヤーをろうそくとしてひとかたまりにした方が，講座がうまく流れると立てにからめ，短く切った線香を導火線変わりに数本ワ

ころは原則に係わらず一度にあつかっている．

イヤーに差し込んで，線香に着火する．あらかじめ酸素

燃焼実験は燃える炎の色，明るい光を得る方法を主にを注入した集気瓶に，線香に点火したろうそく立てに静実験した．炎の色はろうそくで実験した．明るい光は，かに入れる．線香の炎がアルミニウムワイヤーにうつり，酸素を供給してはげしく燃やすことと，明るい光を出す白色の閃光が観察できる．この実験もサングラスを着用ものの２点から実験した．

した．

放電の実験は，アーク灯を中心に実験した．蛍光灯は蛍光物質のきれいな白色発光を見た．また，放電を演示閃光電球したが，実験直前に誘導コイルの調子が悪くなり，充分に放電について演示することができなかった．

市販のフラッシュライト用の閃光電球を使用した．電球の中の金属ワイヤーを確認した後，着火，煙と金属酸

白熱の実験では，講座も終盤で受講生の集中力を取り化物の付着から燃焼が確認できる．

戻すために，イベント的な方法の実験を取り入れた．
実験を始めるにあたり，受講者には火傷，感電の注意

アーク灯（写真３）をよびかけた．また，強い光から目を守るために自作サ電極に使用する炭素棒を使用した．１本は木製試験管

ングラスを受講者全員に渡し，必要に応じて着用させた．

はさみに固定し，もう１本を板に固定する．スライダッ

このサングラスの片目には回折格子レプリカが貼ってあクに直結した２本を数ミリの間隔まで近づけ，交流２０Vり，目を守ると同時にスペクトルを観察できるようにしを印加した．間隙には白い閃光が観察される．同様に，た．

１００〜１３０V を印加すると赤色のアークが白い閃光を覆うようにして現れる．受講生はサングラスを着用しながら実験した．炭素棒は，それがアーク灯最大の欠点である

４実験機材

が，放電部が割れ砕けることで消耗する．破片は高温でサングラス（写真１）飛散するので，高電圧をかける実験は注意を要する．

紙の自作フレームに，減光シートを貼った０．
５ミリ厚のグレーに着色されたアクリル板をはさみ，片方の目にライムライト

回折格子レプリカを貼りつけ．

放電による発光ではないが，アーク灯と時期を同じくする照明であることから，アーク灯に続いて実験した．

和ろうそく

同時代の他の照明器具と比べ，現代では全く馴染みがな

愛媛県喜多郡内子町の和ろうそくを使用した．西洋ろい照明なので，枝葉の話題として簡単に実演した．

うそくとの炎の色，すすの量などを比較した．

生石灰の扱いと非常に高温での実験から，演出するにとどめた．生石灰をガスバーナーで直接熱し，白色光を松ヤニろうそく（写真２）発光させる．ブタンガスのガストーチでは発光までに数１８ml のるつぼに湯煎して溶かした松ヤニを流し込み，十秒から数粉かかる．当時は，酸素と水素の混合ガスの凧糸でつくった芯を差し込んだ．灯をともすと，独特の炎を使用したようだが，今回の実験ではガスバーナーを赤い炎とともに松の香りが漂う．

使用した．サングラス着用．

マグネシウムの燃焼

蛍光塗料

マグネシウムリボンは２０ミリほどに切り分けた．ピン

蛍光灯を切断し，取り出した白色の蛍光粉末塗料を黒セットでつまんでライターで着火した．受講者はサング色のケント紙に塗り付けた．ケント紙には他に蛍光色のラスを着用した．

塗料を塗っている．蛍光灯の塗料は短波長の紫外線で白５０ml のるつぼに入れた少量のマグネシウムパウダー色光を発光はる．ケント紙には，蛍光灯の粉末塗料の他

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久

松

洋

二に着色用の蛍光塗料を塗りつけている．実験ではブラッどのように寄与するかは解説していない．一方で蛍光灯クライトを使い，着色用の蛍光色塗料を光らせたのち，の電極に関して何らかの直感的な実験ができているわけ

短波長紫外線実験器に入れて蛍光灯の粉末塗料の白色光でもない．他の器具に利用されている発光メカニズムがを観察した．

直接的であることにくらべると，そのメカニズムは段階的であり解説は難しい．日常的な器具だけに，その実験放電の方法は今後の課題として残された．ルミネッセンスも誘導コイルによる放電を観察した．

今回の講座に入れて明かりの一種と扱うより，その内容の豊富さから，別個の講座として構成すべき内容と判断

クセノンランプ

した．

製品のクセノンランプの発光実演を行った．

アーク放電から放電へと少し詳しく実験を掘り下げることも考えられた．しかし，現段階では演示実験中心のシャープペンシルフィラメント（写真４）構成になることが懸念されたため，今回は行わなかった．

１
２個の手回し発電器を並列に接続したものに，シャープペンシルの芯をつなぐ．受講生が一斉に発電を始める

受講生全員が体験できる方法を今後の課題として考えた
い．と，シャープペンシルの芯は熱によって色を変えながら発光する．芯が切れるまで実験した．芯の太さは０．
３ミリφを使用した．
タングステンフィラメント
現在の白熱電球のフィラメントであるタングステンでも実験した．使用したタングステンワイヤーの太さは０．
２３ミリφ，発光と同時に黒色の煙が発生した．
ハロゲンラップ製品を使用．受講者にフィラメントを確認してもらい，発光の演示を行った．

５まとめ
私たちの周りには当然のように光るものがある．光るものにもいろいろあって，何の気なしに毎日使っている．
同じように，ものの光り方には何種類かあって，たとえばコンセントに差し込んで光らせるにも，それぞれ利用している光らせ方が違う．このことを，受講者に理解してもらいたく，数多くの照明器具を集めて実験した．
導入部で受講生に光るものを質問した．充分に考える時間を与えていないこともその一因であろうが，「火」という回答がなかった．結果的に燃焼の実験へのスムーズな移行を果たせなかった．明かりとして「火」を意識しなくなったのであれば，今回の実験の構成は歴史の確認と現代の姿という２部構成でもよかった．実験では受講者の明かりに関する意識を調べていない．前提となる知識を調べる機会を設けるのも一案だと思われる．
実験に関する受講者の反応は良好で，火や閃光には充分な感心があったことがアンケートや講座終了後の受講者との会話で確認できた．
明かりがテーマなのでルミネッセンスには触れなかった．蛍光塗料は白色の発光を確認するだけで，紫外線が−９７−科学実験教室「ピカー！光の大実験」実施報告

写真１ 自作サングラス．フレームはケント紙．２重の型紙がレンズをはさむ仕組み．レンズはグレーのアクリル板に車のスモークシートを貼りつけたもの．回折格子レプリカは片目のみに貼っている．

写真２ 松ヤニろうそく．

写真３ アーク灯実験器．炭素棒固定具付きで教材店から購入可能．一方を木製の試験管はさみに固定し，手で持てるようにしている．他方は固定用に２枚のベニヤ板に穴をあけて差し込んでいる．片手で電極を近づけられるようにしている．

写真４ シャープペンシルフィラメント実験器．円周に並んだ端子に手回し発電機を取り付ける．フィラメントはみの虫クリップに固定する．

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