ものの あたたまり方かた と 水みずの すがた

この章しょうで学まなぶこと

第だい 8 章しょうで 「ものの体たい積せき が温度おんどで変かわる」 ことを学まなびました。 この章しょうではさらに進すすんで、 ものはどうやってあたたまるか (温度おんどがどこからどう伝つたわるか) と、 水すいが温度おんどでどんなすがたに変かわるか を学まなびます。

• 金きん属ぞく は熱ねっせられたところから順じゅんにあたたまる (伝導でんどう) ことを知しる
• 水すいと空気くうきは熱ねっせられた部分ぶぶんが動うごいて全体ぜんたいがあたたまる (対流たいりゅう) ことを知しる
• 水みずは 100℃近ちかくで 沸騰ふっとう して 水蒸気すいじょうき (気き体たい) になることを確たしかめる
• 水みずは 0℃以下いかで 氷こおり (固こ体たい) になることを確たしかめる
• 水すいが氷こおりになると体積たいせきが増ふえる (めずらしい性せい質しつ) ことを知しる
• 固体こたい・液体えきたい・気体きたい の 3 つのすがたを区別くべつできるようになる

最さい重要じゅうよう安全あんぜん: この章しょうは アルコールランプやガスバーナーで水みずを加か熱ねつ する実じっ験けん が出でてきます。 必かならず 保ほ護ご 眼が鏡きょう をつける、 器き具ぐ を 点てん検けん する、 先生せんせいのしじに従したがうこと (指導しどう要領ようりょう明記めいき)。 沸騰ふっとう中ちゅうの試し験けん管かんを 覗のぞき込こまない。 凍こおらせる実じっ験けん での 容よう器き 破は裂れつ にも注意ちゅうい。

1. 金きん属ぞく のあたたまり方かた — 伝導でんどう

金きん属ぞく のぼう (例れい: 銅どうの棒ぼう) をろうそくの火ひで一方いっぽうのはじだけ温あたためます。 もう一方いっぽうのはじもいずれあたたかくなるでしょうか？ もしそうなら、 どんな順番じゅんばんであたたまる でしょうか？

示温ゆたか (じおん) シール で確たしかめる

色いろが温度おんどで変かわる 示温ゆたかシール や 示温ゆたかテープ を棒ぼうにいくつか貼はって観かん察さつ します。

段だん階かい	何なにを観かん察さつ	結果けっか
① 加か熱ねつ開始かいし	はじを温あたためる	火ひに近ちかいシールの色いろが変かわる
② 数すう秒びょう後ご	真まん中ちゅうを観かん察さつ	次じに 真まん中ちゅう のシールの色いろが変かわる
③ さらに数すう秒びょう後ご	反対はんたいのはじを観かん察さつ	最さい後ご に反対はんたいのはじ のシールの色いろが変かわる

わかったこと

• 金きん属ぞく は熱ねっせられた部分ぶぶんから順じゅんに全体ぜんたいがあたたまる
• 温度おんどが 物ぶつをつたわっていく ように動うごく
• これを 伝導でんどう といいます

大切たいせつなきまり: 「金きん属ぞく は熱ねっせられたところから順じゅんに伝つたわってあたたまる」。 火ひに近ちかいほうが早はやく、 遠とおいほうが遅おそい。

2. 水みずのあたたまり方かた — 対流たいりゅう

つぎは水みず。 試し験けん管かんの 下かの方ほう を火ひで温あたためると、 上うえの方ほうの水みずはどうなるでしょうか？

線せん (せん) 香こう (こう) の煙けむり (けむり) や 示温ゆたかシール で確たしかめる

水みず自体じたいは動うごきが見みえないので、 示温ゆたかシール を試し験けん管かんの上うえと下したに貼はって比くらべます。

段だん階かい	観かん察さつ	結果けっか
① 試し験けん管かんの 下か を加か熱ねつ	下したのシール	色いろが変かわる
② しばらく待まつ	上うえのシール	意外いがいに早はやく色いろが変かわる！
③ つぎに試し験けん管かんの 上じょう を加か熱ねつ	下したのシール	なかなか色いろが変かわらない

わかったこと — 水みずは動うごいて全体ぜんたいがあたたまる

• 試し験けん管かんの 下か を温あたためると、 暖あたたかくなった水みずが 上じょうへ上あがる
• 上うえに上あがった水みずが冷つめたい水みずと入いれ替かわって、 全体ぜんたいが早はやくあたたまる
• 試し験けん管かんの 上じょう を温あたためると、 暖あたたかい水みずはそこにとどまるだけで、 下したは冷つめたいまま
• これを 対流たいりゅう といいます

大切たいせつなきまり: 「水すいは熱ねっせられた部分ぶぶんが動うごいて、 上下じょうげで入いれ替かわることで全体ぜんたいがあたたまる」。 だから 「下かから温あたためる」 のが 効こう率りつ がよい。

3. 空気くうきのあたたまり方かた — 水みずと同おなじ 対流たいりゅう

部屋へやをストーブであたためると、 天てん井じょう のあたりが一番いちばん暖あたたかく なって、 足元あしもとが寒さむいまま だったことはありませんか？ これも対流たいりゅうです。

線香せんこうの煙けむり で確たしかめる

部屋へやでストーブのそばに線香せんこうを立たてると、 煙けむりが 上じょうへ上あがっていく のが見みえます。 つまり、 暖あたたかい空気くうきが上うえに動うごいているのです。

部屋へやの中なかでの空気くうきの動うごき

場ばしょ	空気くうきの状じょう態たい
天てん井じょう	暖あたたかい空気くうきがたまる
真まん中ちゅう	中なかぐらい
足元あしもと・床ゆか (ゆか)	冷つめたい空気くうきがたまる

くふう

冬ふゆは エアコンの風かぜを下向したむきに、 夏なつは 上向うわむきに すると、 空気くうきがよく入いれ替かわって部屋へや全体ぜんたいが 快かい適てき になります。

ポイント: 水みずも空気くうきも、 同おなじく 「液えき体たい・気き体たい は動うごいてあたたまる (対流たいりゅう)」。 金きん属ぞく (固こ体たい) だけが 「動うごかずに順じゅんに伝つたわってあたたまる (伝導でんどう)」。

4. 水みずをぐつぐつ 沸ふかす — 沸騰ふっとう と 水蒸気すいじょうき

水みずを強つよく加か熱ねつ し続つづけると、 約やく 100℃ で 沸騰ふっとう します。 ぼこぼこと大おおきな泡あわ (あわ) が出でて、 水面すいめんがゆれます。

沸騰ふっとう中ちゅうのようす

観かん察さつ	結果けっか
温度おんど計けいを入いれると	約やく 100℃ になる (それ以上いじょう上あがらない)
試し験けん管かんの中なかから出でる大おおきな泡あわ	これは 水蒸気すいじょうき (気き体たい の水みず)
試し験けん管かんの口くちから出でる白しろいけむり	これは 「湯気ゆげ (ゆげ)」 = 小ちいさな水みずの 粒つぶ (液えき体たい)

大事だいじな区別くべつ — 水蒸気すいじょうきと湯気ゆげは別べつもの

水蒸気すいじょうき は 気き体たい で、 目めに見みえません。 一方いっぽう 湯気ゆげ は 液えき体たい (水すいの細こまかい粒つぶ) で、 目めに見みえます。 「白しろいけむり」 と思おもっているものは、 実じつは湯気ゆげ (液えき体たい) なのです。

名前なまえ	すがた	目めに見みえる？	例れい
水蒸気すいじょうき	気き体たい	見みえない	沸騰ふっとう中ちゅうの大おおきな泡あわ / 部屋へやの空気くうき中ちゅう
湯気ゆげ	液えき体たい (細こまかい粒つぶ)	見みえる	やかんの口くちから出でる白しろいけむり

注意ちゅうい: 第だい 4 章しょうで「蒸発じょうはつで水みずが水蒸気すいじょうきになる」 と学まなびました。 沸騰ふっとうは 激はげしい蒸発じょうはつ と考かんがえるとわかりやすい (低温ていおんで静しずかに蒸発じょうはつ / 100℃ で激はげしく沸騰ふっとう)。

5. 水みずを 0℃ 以下いかに冷ひやす — 氷こおり になる

つぎは反対はんたいに、 水みずを 冷ひやして 0℃ 以下いか にするとどうなるでしょうか？

寒かん剤ざい (かんざい) で確たしかめる

学校がっこうの実じっ験けん では、 氷こおり + 食塩しょくえん (寒かん剤ざい) で 約やく -10〜-15℃ まで冷ひやせます。 試し験けん管かんに水みずを入いれて、 寒かん剤ざい につけておきます。

時間じかん	温度おんど計けい	試し験けん管かんの中なか
0 分ぶん	室温しつおん	液えき体たい の水みず
数すう分ふん	0℃ になる	まだ液えき体たい
もっと待まつ	0℃ のまま (温度おんどが変かわらない時期じきあり)	少すこしずつ 凍こおり始はじめる
さらに	0℃ のまま	全部ぜんぶ凍こおって氷こおりになる
その後ご	-1℃、 -2℃… と下さがる	氷こおりがもっと冷つめたくなる

わかったこと

• 水みずは 0℃ で 凍こおり始はじめ、 全部ぜんぶ凍こおるまで 0℃ のまま
• 全部ぜんぶ凍こおった後のちは、 さらに冷ひやせば 0℃ よりも低ひくくなる
• 凍こおったものは 氷こおり (固こ体たい の水みず)

6. 氷こおりになると 体積たいせきが増ふえる！

ふつう、 物ものは 冷ひやすと体積たいせきが小ちいさくなる (Ch8 で学まなんだとおり)。 けれど水みずは 冷ひやして 凍こおると体積たいせきが増ふえる という、 とてもめずらしい性せい質しつ があります。

確たしかめるじっけん

段だん階かい	観かん察さつ
① 試し験けん管かんに水みずを 目盛めもりの線せんまで 入いれる	水面すいめんが目盛めもりにぴったり
② 寒かん剤ざい で 凍こおらせる	氷こおりになる
③ 試し験けん管かんを取とり出だす	氷こおりが目盛めもりの線せんより上うえにせり上あがっている！

大切たいせつなきまり

「水すいは氷こおりになると体積たいせきが増ふえる」

これは物質ぶっしつの中なかで とてもめずらしい性せい質しつ。 多おおくの物質ぶっしつ (金きん属ぞく を含ふくむ) は固こ体たい になると体積たいせきが小ちいさくなりますが、 水みずだけは 逆ぎゃく なのです。

身近みぢかなれい

• 冬ふゆ、 水道すいどう管かんがこおってわれる — 水みずが氷こおりになって体積たいせきが増ふえて、 管かんを内うち側がわ から 圧おし破やぶる
• 池ちの表面ひょうめんがこおる — 氷こおりは水みずより軽かるい (体積たいせきが大おおきいから同おなじ重おもさでもかさばる) ので、 氷こおりが浮うく

7. 固体こたい・液体えきたい・気体きたい — 水みずの 3 つのすがた

ここまでで、 水みずの 3 つのすがたが出でそろいました。

すがた	名前なまえ	水みずがこのすがたになるとき	とくちょう
固体こたい	氷こおり	0℃ 以下いかでこおる	形かたちがきまっている、 固かたい
液体えきたい	水すい	0℃ 〜 100℃ で水みずのまま	形かたちが自由じゆうに変かわる、 流ながれる
気体きたい	水蒸気すいじょうき	100℃ で沸騰ふっとうして一気いっきに。 低温ていおんでも少すこしずつ蒸発じょうはつして空気くうき中ちゅうに出でる	形かたちが自由じゆう、 目めに見みえない、 軽かるい

行おこなったり来きたり

• 水みず → 温あたためる → 水蒸気すいじょうき (蒸発じょうはつ・沸騰ふっとう)
• 水蒸気すいじょうき → 冷ひやす → 水みず (結露けつろ・凝ぎょう縮しゅく)
• 水みず → 冷ひやす → 氷こおり (凍とう結けつ)
• 氷こおり → 温あたためる → 水みず (融解ゆうかい (ゆうかい))

これらの変化へんかはすべて、 水すいがなくなるのではなく、 すがたを変かえているだけ。 中学ちゅうがくで「状態変化じょうたいへんか」 と呼よばれる重要じゅうようなテーマです。

8. ふりかえり

• 金きん属ぞく は 伝導でんどう であたたまる ことを言いえる (熱ねつせられたところから順じゅんに)
• 水すいと空気くうきは 対流たいりゅう であたたまる ことを言いえる (動うごいて入いれ替かわる)
• 水すいを加か熱ねつ すると約やく 100℃ で 沸騰ふっとう する ことを言いえる
• 水蒸気すいじょうき (気き体たい) と湯気ゆげ (液えき体たい) のちがい を言いえる
• 水すいを 0℃ 以下いかに冷ひやすと 氷こおり (固こ体たい) になる ことを言いえる
• 水すいが氷こおりになると体積たいせきが増ふえる ことを言いえる (めずらしい性せい質しつ)
• 固体こたい・液体えきたい・気体きたい の区別くべつができる

この章しょうの安全あんぜん配はい慮りょ (最さい重要じゅうよう)

• 保護眼鏡ほごめがね を必かならずつける (沸騰ふっとうや 凍こおらせる実じっ験けん で何なにがあっても目めを守まもる)
• 加か熱ねつ器き具ぐ (アルコールランプ・ガスバーナー) の使つかい方かたを先生せんせいと一緒いっしょにふくしゅうする (指導しどう要領ようりょう明記めいき)
• 沸騰ふっとう中ちゅうの試し験けん管かんを 覗のぞき込こまない (中ちゅうから熱湯ねっとうや蒸気じょうきが飛とび出だすことあり)
• 試し験けん管かんの口くちを自分じぶんや 友ともだちに向むけない
• 凍こおらせたガラスの試し験けん管かんやペットボトル は 割われやすい (中ちゅうで体積たいせきが増ふえて、 内うち側がわ から 圧おされる)
• 寒かん剤ざい (氷こおり + 食塩しょくえん) はとても冷つめたい、 素手すでで長ながくさわらない (しもやけ・凍とう傷しょう の危き険けん)
• 加か熱ねつ直後ちょくごの試し験けん管かん はとても熱あつい、 さわらない・置おく場ばしょに注意ちゅうい

次じの章しょう: いよいよ最さい後ご の第だい 10 章しょうでは、 〔A 物質ぶっしつ・エネルギー〕 の 電気でんきのはたらき を学まなびます。 第だい 3 学年がくねんの「電気でんきの通とおり道みち」 から一いち歩ほ進すすんで、 直ちょく列れつ つなぎ・並へい列れつ つなぎ、 簡易かんい検けん流りゅう計、 発光はっこうダイオード (LED) まで。 ものづくりで 電気でんき自動車じどうしゃ を作つくり、 つなぎ方かたで走はしり方かたがどう変かわるか体感たいかんしましょう。