〈第２８回６山﨑賞〉

ラジオメーターは、なぜ回転するのだろうか？
～ラジオメーターの不思議～

１

研究の動機
「静岡科学館る・く・る」に行った時、偶然、所員の方からラジオメーターという物を教えてもらい、僕は、その形やつくりに大変興味をもちました。ラジオメーターは、光を当てると回転するようです。早速、購入し、自宅でラジオメーターに白熱球の光を当てたり、太陽光を当てたりしてその動きを観察しました。
ラジオメーターは、ガラスで密封されていて、中には、黒と白の羽根しかないのに回転します。風が当たって回転する風車とは違います。僕の持っているＬＥＤのライトを当ててみると太陽光や白熱球の光を当てた時と回転する速さが違うことに気づきました。ＬＥＤは、太陽光よりも光が弱いので、もしかするとラジオメーターに当てる光の種類を変えて見ると回転が変化するのではないかと考えました。そしてなぜラジオメーターが回転するのかを調べてみたくなりました。
２ 研究の目的①どんな時にラジオメーターが回転するのかを調べる。（光なのか熱なのか）②ラジオメータのしくみを調べる。
③調べた事をまとめてラジオメーターを作る。
３ 研究の仮説
・ラジオメーターは、光と熱によって回転している。
・光や熱の強さが大きいほど回転する速さが速くなる。
４
①

方法・内容
ラジオメーターと光源・光源の距離の関係を調べる。
いろいろな光源を用意し、距離を決め、ラジオメーターに光を当て、回転の様子を調べる。
その時の照度、一分間の回転の様子、光 を一分間当てた後に光を消し、ラジオメーターが止まるまでの時間を調べる。
<準備>
光源 白熱球１００Ｗ 白熱球６０Ｗ 白熱球４０Ｗ 白熱球
２０Ｗ ＬＥＤライト６Ｗ ＬＥＤライト４．４Ｗ ＬＥＤライトのキーホルダー 電球型蛍光灯 懐中電灯 レーザーポインター<方法>
まず、光源から１００ｃｍの位置にラジオメーターを置き、回転す- 89 -るか調べる。その後、９０ｃｍ、８０ｃｍ・・・１０ｃｍ、５ｃｍと、ラジオメーターを光源に近づけて置き、回転するか、また回転した場合は、その回転の大きさ（一分後に光源を切ってから回転が止まるまでの時間）を調べていく。
↓
回転の止まるまでの時間が長いほど、 回転の大きさが大きいといえる。
②
ラジオメーターの回転と色の関係<準備>
画用紙１０色（筒状にする。）
光源・・電球型蛍光灯１００Ｗ（※①の実験結果から回転が確認しやすいため、この光源を選んだ。）<方法>
画用紙を筒状にしたものの中にラジオメーターを入れ、その筒の上に光源を置く。
その時の温度・照度・１分後に光源の電気を消した後、回転が止まるまでの時間を調べる。
③ ラジオメーターの周囲に鏡を置き、回転を調べる。
①、②の実験結果から、光が集まると、ラジオメーターがはやく回転するのではないかと、新たな疑問が生じたので、ラジオメーターの周囲を鏡で囲い、光を反射させ、その時のラジオメーターの回転の様子を調べることとした。
<準備>鏡・・ 三枚光源・・ 電球型蛍光灯１２Ｗ（この光源を使った理由は②と同様。）<方法>
ラジオメーターの周りに鏡を三枚置いて囲み、光源をラジオメーターのすぐ隣に置く。この時、ラジオメーターが一周回転する時間と、光源を１分つけて、その後消したとき、ラジオメーターが止まるまでの時間を調べる。
④ 光源とラジオメーターの間に壁をつくった時（熱だけを伝えた時）のラジオメーターの回転を調べる。
①、②、③の実験結果から、光が当たるとラシオメーターが回転すると考えてきたが、光で回転したのか、熱で回転したのか疑問に思い、この実験を行うことにした。
<準備>
ダンボールの箱の壁
光源・・電球型蛍光灯１２Ｗ（この光源を使った理由は②と同様。）<方法>
光源のすぐ手前にダンボールの箱を置く。
ラジオメーターを１００ｃｍ、９０ｃｍ、・・・１０ｃｍ、５ｃｍと、だんだんに光源に近づけていき、その時の温度、１分間の回転の様子、１分後に電気を消してラジオメーターが止まるまでの時間を調べる。
⑤ 熱とラジオメーターの回転の関係④の実験結果から、熱により、ラジオメーターが回転するようだと考えられてきたため、今度は、それを検証するために、ラジオメーターにドライヤーやアイロンの熱を加え、その時の回転の様子を調べることとした。
<準備>
ドライヤー・アイロン<方法>- 90 -

①の実験の時の光源の位置に、ドライヤー（またはアイロン）を置く。
ラジオメーターをドライヤー（アイロン）を置いている位置より１００ｃｍ、９０ｃｍ、・・・
１０ｃｍ、５ｃｍと、だんだんに光源に近づけていき、その時の温度、１分間の回転の様子、１分後にドライヤー（アイロン）を消してラジオメーターが止まるまでの時間を調べる。
⑥

ラジオメーターを自分で作る調べてみると、ラジオメーターは、中がほとんど真空状態であることが分かった。自分で作る時、真空状態にすることが難しいため、図書館の本で調べた時に見つけた、似た原理の「ソーラー風車」を作ってみた。
<準備>・ビン、針、ケシゴム、スナップ、黒画用紙、白の上質紙、はさみ<方法>
・風車を作る・・・ビンよりも小さい円を描き、切れ目を入れ、羽根とする。
・軸を作る・・・ケシゴムを土台として、針で風車とつなげる。
・胴体部分を作る・・・針の部分を黒い画用紙で包む。
５ 結果と考察
①ラジオメーターと光源・光源の距離の関係を調べる。
・ Ｗ数が大きいぼとラジオメーターが速く回転する。白熱球では１００Ｗが一番速く回転した。
・ 回転の速さが速いのは、白熱球である。次が電球型蛍光灯、ＬＥＤの順になる。レーザーの光ではラジオメーターは回転しない。
・ 距離が近くなるほど、ラジオメーターが速く回転する。（５ｃｍが一番速い。）
・ 照度が大きいほど、ラジオメーターが速く回転するが、照度の大きさによって全く回転しなかったり、ゆれるだけだったりする時がある。
↓・ 照度が高くなるほど光エネルギーの大きさが大きくなり、回転するので運動エネルギーが大きくなる。
・ 白熱球と蛍光灯とＬＥＤでは、実験している時、白熱球が一番熱い感じがした。ラジオメータ
ーは、光だけでなく熱でも反応するのかもしれない。
・ ラジオメーターを白い壁の近くに置いた時と、色がついた壁の近くに置いた時で、回転に差があることに気がついた。回転と色には何か関係があるのではないか。
１分 間 の 回 転 の 様 子
100
時間（秒）

80604020ラジオ メーターか らの 距 離 （ ｃｍ）

m
5c

10cm

20cm

30cm

40cm

50cm

60cm

70cm

80cm

ｍ

90cm

0ｃ
105cm

10cm

20cm

30cm

40cm

50cm

60cm

70cm

80cm

ｍ

90cm

00ｃ

回転レベル

10

ラジオメーターからの距離（ｃｍ）

止まるまで の 時間

6
54
3
2
10

10

8000
6000
4000
2000
00ｃｍ
90cm
80cm
70cm
60cm
50cm
40cm
30cm
20cm
10cm
5cm

照度（ＬＵＸ）

照度（ＬＵＸ）

ラジオメーターか らの距 離 （ｃｍ）

② ラジオメーターの周りを囲む色と回転の関係を調べる実験の結果と考察
・ 蛍光灯１２Ｗで実験した時と同様に、電球１００Ｗでも、白色の画用紙でラジオメーターの周りを囲った時の温度が一番高く、回転している時間も長かった。
↓
熱エネルギーが高いと、運動エネルギーも高くなるといえる。
白色画用紙は、光（熱）が筒の中で一番、反射しているのではな
いか。

- 91 -

・

白色画用紙の他に、温度が高い順に黄色・赤色・桃色・水色の筒で囲った時のラジオメーターの回転時間も、ほぼ温度の順と同じように長かった。
↓・ 黄色・赤色・桃色・水色は、熱エネルギーが高いため、運動エネルギーも高くなるといえる。
・ 黒色の筒で囲った時は、温度は低く、ラジオメーターの回転時間も短い。
↓
黒色の時には、熱エネルギーが低いため、運動エネルギーも低くなるといえる。
回転レベル

画用紙の色時間（秒）

150
10050

黒

白
⑩⑨色

青
⑦②も茶

①
赤も
③ いろ
だ
いだ
い④黄色
⑤黄⑥緑
みず
いろ

白
⑩黒0⑨白
⑩黒色
茶
⑧⑨ろ

青⑦緑

ず

い色
黄黄⑤⑥④

い

みいだ

いだ

②③もも①赤ろ0

青10

色20⑦306543210⑧茶40①
赤②ももい
③だ ろ
い
だ
い
④黄色
⑤黄⑥緑
みず
いろ

回転レベル

温度（℃）

50

止まるまでの時間（秒）200⑧

画 用紙の筒の中の温 度
60

画用紙の色

画用紙の色

③

ラジオメーターの周囲に鏡を置き、回転を調べる実験の結果と考察
・ ラジオメーターの周りを鏡で囲むと、回転レベルが高くなる。
・ ラジオメーターの周りを鏡で囲むと、１分間回転させて蛍光灯を消した後ラジオメーターの回転が止まるまでの時間が大変長くなる。
↓
・ 鏡でラジオメーターの周囲を囲むと、蛍光灯の光が集まり光エネルギーの大きさが大きくなる
ため、ラジオメーターを回転させる運動エネルギーが大きくなるといえる。
④ 光源とラジオメターの間に壁をつくった時（熱だけを伝えた時）のラジオメーターの回転を調べる実験の結果と考察。
・ 間隔が１００ｃｍ～２０ｃｍでは、ラジオメーターの温度がすべて２７．２度で変化していない。熱が伝わらないのか、ラジオメーターは回転していない。
・ 間隔が１０ｃｍとなると、ラジオメーターの温度が上がった。熱が伝わると、ラジオメーターがゆっくり回転した。
↓・ 光をあてないで、熱だけでラジオメーターは回転する。
↓・ 光エネルギーだけでなく、熱エネルギーだけでも、ラジオメーターの運動エネルギーを生じさせることができる。
・ 温度が高くなると、熱エネルギーが大きくなり、運動エネルギーも大きくなるといえる。
⑤ 熱とラジオメーターの回転の関係を調べる実験の結果と考察◇ドライヤーの時
・ 間隔が１００ｃｍ～９０ｃｍの時には、熱の伝わりが大きくないため、ラジオメーターは回転しない。
間隔が８０ｃｍ～２０ｃｍの時には、温度が高くなると、熱の伝わりも大きくなるため、ラジオメーターが回転するようになった。
ドライヤーの風（熱）が、ぶれてしっかりラジオメーターに当たらない時があったためか、１分後にドライヤーを消してラジオメーターが止まるまでの時間は、間隔の縮まりとともに、大きくならない時があった。
間隔が１０ｃｍ～５ｃｍの時には、温度が高くなり、ラジオメーターの回転も大変速くなった。

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間隔が５ｃｍの時、温度も一番高くなったため、１分後にドライヤーを消してラジオメーターが止まるまでの時間も一番長くなるだろうと予想していたが、間隔が１０ｃｍの時よりもやや時間が短くなるという 結果となり、どうしてだろうと疑問に思った。ドライヤーが真近すぎて、熱がうまく伝わっていないのだろうか。
↓
光エネルギーでなく、熱エネルギーだけでも、ラジオメーターを動かす運動エネルギーは生じる。
一般に、熱源とラジオメーターの間隔が 短いほど、温度が高く熱エネルギーが大きくなり、ラジオメーターの運動エネルギーも大きくなるといえる。
◇アイロンの時
間隔が１００ｃｍ～２０ｃｍの時には、 熱の伝わりが大きくないため、ラジオメーターは回転しない。間隔が１０ｃｍ～５ｃｍの時には、温度 が少し高くなると、熱の伝わりも少し大きくなり、ラジオメーターが回転するようになった。
アイロンは、大変高い熱をもつのに、ドライヤーの時ほど、周囲の温度が高くならなかった。アイロン自身は、大変熱いのに、熱は離れている周囲には伝わりにくいことが分かり、どうしてか不思議に感じた。
↓・ 光エネルギーでなく、熱エネルギーだけでも、ラジオメーターを動かす運動エネルギーは生じる。
・ 熱源とラジオメーターの間隔が短いほど、温度が高く熱エネルギーが大きくなり、ラジオメーターの運動エネルギーも大きくなるといえる。
⑥ラジオメーターを自分で作る◇「ソーラー風車」が回転する理由
・ 光によって、黒い筒の部分が温められると、筒の壁に接した空気が温められる。
↓
温められた空気は、上昇するため、その空気の流れを羽根が受けて、風車が回る。
↓
羽根を通過した熱い空気は、その後、天井のガラスにぶつかり、冷やされながら、また下の方に降りていく。
↓
空気は、ビンの中で循環し、風車は回転し続ける。
※空気の気流が本当に起こっているのか確かめてみたいと考え、ビンの中に線香の煙を入れて実験してみると、気流を確認できた。
６．結論①ラジオメーターの位置と光源の回転について・光源の位置に関係なく回転する方向は、一定になる。
②光源を当てる角度について・ラジオメーターに対してどの角度で当てても回転にあまり差は見られない。
③ラジオメーターと光源の距離の関係
・距離が近くなるほど回転が速くなる。
④ラジオメーターと照度の関係・照度が大きくなるほど回転が速くなる。

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⑤光源の種類・白熱球、蛍光灯形電球、ＬＥＤ球では、白熱球が一番回転が速くなる。
・ＬＥＤは、照度が大きくても回転が遅い時がある。（Ｗ数が大きいほど回転が速い。）
・レーザー光では、回転しない。
⑥ラジオメーターと周囲の色の関係
・光が筒の中で反射するので白色が一番照度が高くなり回転が速くなる。
・黒色の画用紙を使用すると熱を吸収してしまうため、回転が遅くなる。
・熱エネルギーが高いと、伝わる運動エネルギーも高くなるため回転が速くなる。
⑦ラジオメーターの周りに鏡で囲む時・光が反射するため、何もない時よりも回転が速くなる。（運動エネルギーが大きくなる）⑧熱エネルギーとラジオメーターの関係
・ドライヤーの実験では、ドライヤーの風が冷たいと回転しないが、熱くすると熱エネルギーが伝わりラジオメーターが回転する。
・アイロンの実験では、アイロンとの距離が近くなり熱エネルギーが大きくなるとラジオメーターは回転する。
・ 光源とラジオメーターとの間に壁ができても熱エネルギーが伝わるとラジオメーターは回転する。
・熱エネルギーが大きいと回転が速くなる。
⑨ラジオメーターのしくみ
・ラジオメーターの内部は、真空に近い。
・羽根は、黒と白になっている。光（や熱）が当たると黒い側が高温になり、黒い羽根の方の空気の分子が激しく振動する。羽根の両面に圧力の差が出来て回転する。
⑩ソーラー風車のしくみ
・光によって黒い筒の部分とその周りの空気が温められ、空気が上昇する。空気の流れで風車が回転する。（ソーラーチムニー発電という。）
７

反省、感想
今回の研究でたいへんだったことは、一つひとつの実験にすごく時間がかかったことです。余分な光が入らないように部屋の照明をできるだけ暗くし、光源だけにして行ったり、日差しが強い日には、夜になってから実験を行ったりしました。ストップウォッチで時間を計るのもミスしてしまうと何度も何度も実験をやり直しました。
光エネルギーが熱エネルギーになり、運動エネルギーになりラジオメーターが回転するしくみは、エネルギーの変換という事を学びました。この事は、僕達の生活の中でいろいろある事もわかりました。例えば、植物は、太陽の光エネルギーを使い、葉の中で化学エネルギーに変換しています。
今、エネルギーの事が社会の問題になっているので太陽光を利用したエネルギー変換が役に立てばいいなと思いました。調べていく中でソーラー・チムニー発電という言葉が出てきました。これは、太陽光で空気を暖め、それによって上昇気流を起こして風車を回す発電です。僕の家には、太陽光パネルがありますが、それとは、違うソーラー・チムニーにも興味をもちました。さらに詳しく調べてみたいです。
今回の研究で自分が予想していた通りの結果にならなかったことも結構ありました。例えば、色画用紙で筒を作って、その中にラジオメーターを入れる実験では、黒色が一番回転すると思っていたら、白色や黄色の回転が速くて驚きました。普段、黒は熱を吸収しやすいと思っていたのでびっくりました。実験は、予想して実際にやってみることが本当に面白いことなんだなあと改めて感じました。

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