自由学園年報 第 22 号 2018

女子部高等科 1、2 年 理科
「アイスクリームスプーンの熱伝導」「水の硬度とお茶の味」「速乾性Ｔシャツは本当に早く乾くのか」中川亞紀子
日常生活で時々話題になる現象や製品の機能について、3 つのグループが科学的に検証するにはどうすればよいか考え、実験を行った。発表はポスターを中心にお茶のテイスティングや実物の展示・作業風景のビデオなどを用いた。このうち「水の硬度とお茶の味」、「速乾性Ｔシャツは本当に速く乾くのか」の 2 テーマ
は、昨年の高等科 3 年理科課題研究を端緒としており、昨年の経験をふまえて実験を計画した。

他社製
Ⅰ. はじめに3 テーマの決定

30ｃｍ丸棒・直径 6ｍｍ③30ｃｍ丸棒2017 年学業報告会の高等科 1，2 年の取り組みは、各教科が提示した 12 テーマからそれぞれの希望す銅・アルミニウム・ステンレスるものを選んだ。理科からは表題の 3 つのテーマを提示した。各教科で人数を調整、理科の 3 テーマはアルミニウム製

直径 15、10，8，6ｍｍ
温 度 測 定 ： FLIR 社 製 サ ー モ グ ラ フ ィ カ メ ラ

以下の人数となった。

（FLIR-one）を iPad に接続し撮影

アイスクリームスプーンの熱伝導

加熱材：一定量の水分を含ませたタオルを電子レ

高等科 1 年

6名

高等科 2 年

2名

水の硬度とお茶の味高等科 1 年ステンレス製②

ンジで一定出力で加熱したもの
冷却材：氷と水を一定量ずつ混合したもの

1名

操作：鏡面反射を防ぐため黒体テープをすべての速乾性Ｔシャツは本当に早く乾くのか
高等科 1 年

試料に貼り付け、試料をならべ、末端に加熱
3名

Ⅱ. 各テーマの取り組み(1)「アイスクリームスプーンの熱伝導」

材あるいは冷却材を乗せ 10 分間 30 秒ごとに撮影した。その後に写真からデータをよみとった。

熱伝導率の高いアルミニウム製のアイスクリームスプーンは、冷凍庫から出したばかりの硬いアイスクリームを簡単にすくうことができる。中でもタカタレムノス社製「１５.０％」（2011 年グッドデザイン賞）、は持ち手の断面積にも工夫を凝らし、性能が高いという。この性能を実際に確認する実験を行なった。また、熱伝導の素材・断面積による違いを定性的に確認した。
【実験】
試料：
①

アイスクリームスプーン
タカタレムノス社製「１５.０％」小
タカタレムノス社製「１５.０％」大他社製

アルミニウム製

図1

サーモグラフの例

温度読み取り済み

自由学園年報 第 22 号 2018

【結果・考察】①

表 1 にスプーンの柄を加熱したときの温度変断面積による温度変化の違い化を示す。2）と同様アルミニウム製はよく熱を直径が小さいものはすぐ温度が変わり始めた。

伝えるが、ステンレスはそれほどでもない。

しかし、４分を過ぎると直径が大きいものほどアルミニウム製では柄が厚いタカタレムノス

温度変化が大きくなる。このことから断面積が社製のものの方がよく熱を伝える。柄の断面積が大きいほどたくさん熱を運べることが分かった。

大きく、掌の熱を効率的に先端へ伝えられるため②

素材による温度変化の違いと考えた。最後に使用したスプーンで試食してみ

熱伝導率が高いものほどすぐに温度差が大きくた。柄の断面積が大きいタカタレムノス社製が最なることがわかった。文献値の通り銅が１番良も楽に固いアイスクリームをすくえることを確

く熱を伝え、ステンレスがあまり熱を伝えない。

認した。

③

スプーンの素材と形状による温度変化の違い(2)「水の硬度とお茶の味」
2016 年度高等科 3 年理科課題研究の 1 グループ
が、一般にいう『緑茶には軟水がよく、紅茶には硬水がよい』について実際に検証した。その結果一般論のとおり緑茶は軟水で淹れたほうがおいしいという感想が多く、紅茶は硬水がよいという感想が多かった。また超硬水といわれるカルシウム・マグネ
シウムの濃度の高い水は、紅茶を白濁させ、お茶を淹れるのにはむかないことがわかった。今回はその結果をふまえて、原水とするミネラルウォ－ターの

図 2 上からステンレス、他社アルミ、タカタレムノス小銘柄、試飲の方法を 2016 年度とは変更して検証を行なった。また自由学園は一部を除き園内の井戸水を飲用しているが、学園内全域の蛇口から出る井戸経過時
間

他社製ア
ルミニウ
ム

タカタレ

タカタレ

他社製ス

ムノス小

ムノス大

テンレス

水の硬度を測定した。
【実験】
使用した原水の銘柄:

0:00

19.1

18.7

18.8

18.6

1:00

22.4

22.5

21.6

21.3

2:00

24.3

24.9

21.7

21.0

3:00

25.9

26.7

21.8

20.1

4:00

27.5

28.3

23.9

20.9

5:00

29.4

30.6

25.7

21.4

6:00

28.6

29.6

26.3

20.8

7:00

30.1

32.2

27.3

21.2

8:00

28.4

31.1

27.1

21.0

9:00

30.1

34.0

29.4

21.4

試飲方法：

10:00

30.9

35.7

30.2

21.8

・2016 年度11.81711.43.2

温度差

表１スプーンの柄を加熱した時の先端の温度変化（℃）

・2016 年度
白神山地の水

硬度0.2mg/L

六甲のおいしい水

硬度32 mg/L

Evian

硬度 304 mg/L

Contrex

硬度 1468 mg/L・2017 年度
樵のわけ前

硬度

Ty Nant

硬度 102 mg/L

2 mg/L

きりしまの名水

硬度 170 mg/L

S.Pellegrino

硬度 674 mg/L

硬水 1 種、軟水 1 種を選び緑茶あるいは紅茶をつくり、10～ 20 人に試飲してもらう。試飲者はどちらがおいしいか選択。

自由学園年報 第 22 号 2018・2017 年度
試飲の回数を減らすため、すべての原水で緑茶あるいは紅茶を作り、4 種類を同時に 20～ 30 人に試飲してもらう。試飲者はどれが一番おいしいか、ど乾く速度を測定した。また着心地についても検討した。
【実験】
試料：T シャツ 3 種
Ａ 綿 100％（天竺編み）

れが一番おいしくないか選択。

Ｂ ポリエステル 85% アセテート 15%

使用した茶葉の銘柄、抽出方法は 2016、2017 年

速乾Ｔシャツ(商品名ベントクール)ともに同様にした。

(編み方は特殊な素材のため不明)
Ｃ ポリエステル 85% アセテート 15%

硬度の測定：共立化学製デジタルパックテスト「全硬度(フライス編み)

DPM-TH2」（簡易吸光度計）を使用した。

学園の体操着と同じ繊維配合。
【結果・考察】A,B,C ともに全て BVD 社製・同サイズ
吸水性・速乾性の測定のために身頃部分から硬度 170mg/L の硬水「きりしまの名水」を緑茶で好む人が多かった。
水の銘柄
好んだ率（％）
樵のわけまえ16
Tｙ Nant
21
きりしまの名水42
S.Pellegrino
21
表2

生徒・教職員 27 名の緑茶試飲の結果20cm 角に布地を切りそろえた。1 着ずつは試着に使用した。
測定(1) 速乾性
20cm 各の布に水を 15mL ずつ含ませ干し、10 分ごとに室内で質量を計測した。
表3

水分量の変化気温 18℃湿度 80％

つまり、緑茶は軟水で淹れたほうがおいしく感じるとは必ずしもいえないという結果を得た。また、緑茶で最も好まれた「きりしまの名水」は、紅茶でも最も好まれた。
一方、学園内 17 箇所の蛇口から採取した井戸水の硬度は 42～160mg/L とかなりばらつきがあることがわかった。120mg/L 以上の「硬水」とされる水が出る蛇口は 6 箇所あり、いずれも使用頻度の高い

10 回平均

乾いた状態 (ｇ）
濡らした状態含んでいる水分量

A 綿100％
8.1
23.9
15.8

B ベントクール
4.9
20.815.9

C ポリ５０％
4.7
19.2
14.5

時間経過ごとの減った水分量（ｇ）
10分
20分
30分
40分50分60分

0.40.80.9
1.1
1.422.3
3.444.655.5

0.2
0.40.6
0.7
0.81.1場所であった。「きりしまの名水」の硬度は使用頻度の高い学園内でよく飲用される蛇口の水の硬度に近く、日常的にその水で淹れたお茶を飲んでいる測定（2）吸水性、脱水性

自由学園の生徒・教職員に好まれたとも考えられる。

1.布に水を浸し水が滴らなくなったら質量測定

今後はさらに試飲者の人数を増やし、データの精2.30 秒間脱水機にかけ、もう一度質量を測定
T シャツ種
吸水した量（g）
脱水して出た量(g)類A30.010.1

度を上げる必要がある。また同じ井戸の水を源にしているが、学園内の蛇口の場所によって硬度が異なる点にも検討が必要と思われた。
(3)「速乾性 T シャツは本当に早く乾くのか」2016 年度高等科 3 年理科課題研究で 1 グループが純綿とポリエステル混紡の T シャツの乾く速度を測定し、混紡のほうが早く乾くという傾向を見出した。今回はそれをふまえ、T シャツ 3 種の吸水性・ＢC
表4

吸水量の比較

23.027.3
気温 18℃湿度 80％

13.011.5
10 回平均2 つの測定から、木綿 100％の A は吸水性は高いが、水分は繊維から離れにくく、乾きにくいことが自由学園年報 第 22 号 2018わかった。また繊維の表面に凹凸をつけ、湿気によって伸張する繊維を用いた B は吸水性自体があまりなく、かつ最も乾きが早い。

Ⅳ

報告会を終えて3 つのグループそれぞれがテーマにしたがって実験条件を決め、できるだけ一定の条件を保つためにどのような装置を使うか、効率よくデータをよみとるにはどうすればよいか、「測定する」には様々な工夫が必要で、測定（3）着心地の評価
運動前にそれぞれの T シャツを着用し、正面かだんだんその操作に習熟していくことができた。得られらサーモグラフィカメラ（FLIR-one）で撮影する。

たデータをどのようにまとめ、理解できたことを表現する

10 分間エアロバイクを漕ぎ、もう一度正面から撮までにはまだ努力が必要な段階だが、機能とデザイン影する。前身頃中心部の温度を写真から読み取る。

が融合して優れた製品が生みだされ、また客観的データが評判のよいレシピを支えていることを実感できたの

運動前
運動後 T シャツ A
運動後 T シャツ B
運動後 T シャツ C
表5

運動前後のシャツの温度

23.0℃
27.0℃
23.1℃
23.7℃
3 回平均

圧倒的に A の温度が高く、B が一番低かった。着てみるとＡは一番通気性が低い為、シャツ内に熱がこもっていて暑い。Ｂは通気性が一番良く汗もすぐに乾いではないだろうか。

Ⅵ. 参考文献・ウェブサイト
(1)

高等学校「改訂版数研出版(2)タカタレムノス社 HP
http://www.15percent.jp/about/performance/index.html(3) 産総研分散型熱物性データベース

た。通気性よく、乾きが早いので皮膚表面からの吸熱があり、涼しく感じる。一方布が薄いことが気になる人

物理」

http://tpds.db.aist.go.jp/(4)ミネラルウォーター・ガイドブック

早川光もあった。Ｃは通気性も良く布の厚さも丁度良いので一番好評だった。

新潮社(5)新版水の科学

北野康

日本放送出版協会(6)科学で見なおす体にいい水・おいしい水【考察】
3 つの実験を通してポリエステル繊維に凹凸をつけ編み方も工夫すると、吸水性能が上がりかつ速乾性であることが分かった。ＴシャツＢ、ベントクールは確かにそのような工夫のある製品で岡崎稔/鈴木宏明 技報堂出版(7)WHO 飲料水水質ガイドライン
http://apps.who.int/iris/bitstream/10665/42852/3/924154638
7_jpn.pdf

ある。しかし着用してみると生地が薄く透け感が(8) 紙と天然繊維 (産業化学シリーズ)ある。ＴシャツＣは純綿のＴシャツＡより早く乾(9) 高等学校教科書科学「化学」東京書籍及び数研出版

く。生地に透け感がないので着やすい。女子部で普段使いされているのがＴシャツＣのような製品であるのが理解できる。

(10) http://www.jcfa.gr.jp/fiber/high/summary.html(11) http://www.tsfac.com/column/theme01/column02.html(12) http://kagaku.info/old/faq/color000314/

Ⅲ

発表
それぞれのグループでポスターを製作し、記念講堂後方のパネル前で来場者に説明を行なった。スプーンや T シャツの実物や、撮影した写真やビデオをタブレットに入れて説明に使用し、お茶は少しずつ試飲してもらえるように工夫した。

(13) http://hkeyzs.com/sozai/