静電気の自由研究で最も手軽で成功する率が高いのが
風船を使った実験です。
でも静電気の実験は手軽ですが、条件が整っている必要があります。
今回は風船による静電気の自由研究とその条件についてお話します。
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静電気の実験が上手くいく条件
自由研究で静電気を取り上げる場合に一番気にしなければならないのが
湿度です。
ティッシュ等でビニール系のものを擦ると静電気は簡単に起こせますが、それに適する条件は
湿度が４０％くらいまでの環境です。
湿気が多いとこの実験が上手くいかないので、除湿にして湿度を下げるかその環境になるのを待つかしか選択肢がありません。
自由研究で静電気の実験を行う時にはまず、この環境づくりが大切です。
風船が天井にくっつく実験
風船が天井にくっつくといってもガスを入れて浮かせる訳ではありません。
空気しか入っていない風船が天井に吸い寄せられる実験です。
◆用意するもの
・風船
・ティッシュなど
◆実験のやり方
①風船を膨らませる。
②ティッシュを数枚重ねて風船を擦ります
③帯電した所で風船を天井に向けて放ちます。
④天井にひっついたところを確認します。
静電気クラゲの実験
空中にヒモで作ったクラゲを浮かせる実験です。
◆用意するもの
・ビニールひも(撚ってない薄いテープ状のひも)
・細長い風船(ロケット風船など)
・風船を擦るティッシュなど
◆実験のやり方
①ビニールひもを２０センチくらいに切ります。
②中央を一回結んで、結んでいない方をそれぞれ裂きます。
③片方を４つくらいに裂けば、脚が８本出来ます。
④風船を膨らませます。
⑤風船をティッシュで擦って帯電させておきます。
⑥次に作った電気クラゲをティッシュで擦って帯電させます。
⑦電気クラゲを空中に放り、落ちてくる下に風船を持ってきます。
⑧反発し合って、クラゲが宙に浮いたまま保たれていれば成功です。
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水風船の浮遊実験
原理は電気クラゲと同じですが、風船は重量があるので十分に帯電されていないと落ちてしまいます。
湿度が低い時でないと成功しにくい実験です。
◆用意するもの
・水風船用の小さいもの
・細長い風船(ロケット風船など)
・ティッシュ
◆実験のやり方
①水風船を膨らませます。(膨らませたら、風船の口を切ってしまいます)
②長い風船を膨らませます。
③細長い風船をティッシュで擦って帯電させておきます。
④水風船を擦って帯電させます。
⑤水風船を空中に軽く放り、下に細長い風船をあてがいます。
⑥細長い風船の２０センチから３０センチ上で宙に浮けば成功です。
膨らませた後に風船の口を切ってしまうのは出来るだけ重量を軽くしたいからです。
いずれの実験も帯電が不十分だと上手くいきません。
それぞれの実験に働く原理は？
では、それぞれの実験ではどんなことが起こっていたのか、種明かしをしてみましょう。
◆風船が天井にくっつく実験
先ず、風船を擦って帯電させると
風船自体はマイナスの電気を帯びることになります。
そしてその風船が天井に向かっていくと、天井に変化が起こります。
天井は普通、電気を通さないも素材が使われています。
電気的には中性なのですが、マイナスの電気を帯びた風船が近づくと、マイナスの電子が風船の電子と反発して少し奥にずれます。
そして、
プラスの電気を持った部分が天井の表面にあらわれ、結果的に風船と引き寄せあいます。
それが天井に風船がくっつく理由です。
少し難しい言葉を使うと、この現象を
誘電分極といいます。
◆静電気クラゲの実験
こちらは静電気の反発する性質を利用した実験です。
先ず、クラゲと風船両方を帯電させることで、両方がマイナスの電気を帯びます。
空中に放り投げたクラゲと下に持ってきた風船の電気同士が反発し合ってクラゲが宙に浮くのです。
この力の均衡が保たれている間は重力に負けずにクラゲが宙に浮いています。
◆水風船の浮遊実験
基本的には静電気クラゲの実験と全く同じ原理が働いています。
ただ、静電気クラゲの素材は軽いビニールテープなのに対して、風船は在る程度重さがあります。
普通サイズの風船は浮きにくく、落ちてしまうので小さい水風船を使用します。
実験の条件にもよりますが、静電気の反発の力は重量の限界もあるので色々試してみるとよいでしょう。
実験が上手く行ったら、帯電させられそうなものを色々試してみるとよいでしょう。
マイナスの電気を帯電させやすいのは塩ビやポリエチレンなどです。
実験レポートをまとめる時はこのブログの記事
夏休みの自由研究 中学校理科のレポートはこう書く！を、
静電気に関連したその他の実験は
静電気モーターを自由研究で作ろう！ 中学の夏休みに最適の実験
を参照して自由研究を充実させてください。
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