サーモカップvsビーカー、熱をムダなく伝えるのはどっち？USB温度センサ「sugu-T」で検証！
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
みなさんは、温度を測るときにどんな道具を使いますか？多くの人は、目盛りを読む昔ながらの温度計を思い浮かべるのではないでしょうか。実はいま、パソコンと繋ぐだけで温度の変化がリアルタイムにグラフとして描かれていく、そんな便利な温度センサーがあります。
今回はこの道具を使って、電気が熱に変わる様子を「目で見る」実験をしてみました。ちょっとした工夫で、実験の見え方がガラリと変わるという、面白い発見がありましたので、ぜひ最後まで読んでみてください。
ナリカさんの製品に「USB温度センサ sugu-T」というものがあります。
sugu-Tってどんな道具？
これは温度を測ることができる温度計なのですが、USBがついていて、パソコンと接続すると、時々刻々と温度を記録し続けてくれるという優れものです。横軸が時間、縦軸が温度で、グラフがその場でリアルタイムに描かれていくのが面白いところです。まるで温度の変化そのものが、絵になっていくような感覚です。
ジュール熱の実験に使ってみました
例えば、こちらはジュール熱の実験です。電流を流すと電熱線が発熱し、そのエネルギーが熱として水に伝わっていく様子を確かめる実験ですね。これにsugu-Tを使ってみました。
こちらがサーモカップを使った実験結果です。水は１００ｇで、5分間測定してみたのですが、時間と共に温度がじわじわと変化していく様子がよくわかります。なおこの際に電流は1.31A、電圧は6Vでした。使った抵抗は４オームです。
フィッティングのボタンを押すと、さらに見やすくなります。
水については、かき混ぜを怠ると、少しグラフがガタガタとしてしまうことがわかりました。水をかき混ぜ続けるのが大事な実験ですね。均一に熱を伝えることが、正確な測定のカギになるようです。
得られた結果から、水が得た熱量を計算してみました。
Q=4.24.8100=2016 J
また電熱線からの発熱量は、
W= 1.31 * 6 * 300=2358 J
エネルギーの損失を考えると、
2016/2358=0.854
つまり85パーセントのエネルギーが、きちんと水の温度上昇に使われていたことになります。
ビーカーを使った場合との比較実験
こちらはビーカーを使って同じ実験をした場合の様子です。条件は同じにしてやってみました。
得られた結果から、水が得た熱量を計算すると、
Q=4.24.3100=1806 J
エネルギーの損失を考えると、
1806/2358=0.765
こちらは77パーセントという結果になりました。
サーモカップの方が「誤差の少ない実験」ができる理由
やはりサーモカップを使った方が、エネルギーの損失が抑えられることがわかりますね。サーモカップは水に対して細く小さく、熱をすばやく均一に伝えやすいのに対し、ビーカーは容器自体が熱を吸収してしまったり、熱が逃げやすかったりするため、その分だけロスが大きくなるのだと考えられます。
従来の温度計でもできる実験ですが、sugu-Tを使うと、グラフがリアルタイムで描かれていくおかげで、かき混ぜることによる効果まで目で見て確認できるのが、なんとも面白いところだと感じました。数字だけを追いかけるのではなく、「熱が伝わっていく様子」そのものを可視化できるというのは、実験の新しい楽しみ方かもしれません。
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