キーコンセプト
温度
測定
熱膨張
はじめに
あなたは時々、物の仕組みを理解したくなっていませんか？ あるいは、便利なモノや道具を自分で作ってみたいと思うことはありませんか？ 液体温度計を自分で作ることができると想像したことはありますか？ あなたは、屋内または屋外の場所によって温度がどのように変化するかを追跡するためにそれを使用することができるようになります。 あなたの家の中で最も暑い場所はどこでしょうか？ どのようなクールな？ 非常に独自の手作り温度計はあなたを伝えることができるようになります！
背景
液体充填温度計は、温度を測定するために何世紀にもわたって使用されています。 彼らは、細いチューブの端にある液体で満たされたリザーバで構成されています。 リザーバ内の液体の温度が上昇した場合、それは膨張し、細いチューブに上昇する。 液体が冷えると収縮し、管内の液体が低いレベルまで下がる。 したがって、管内の液体のレベルが高いほど温度が高く、低いほど温度が低いことを示しています。 温度計の校正の際には、細管内の液体のレベルに対応する特定の温度を細管の外側にマークします。 今、あなたは液体温度計がどのように動作するかを理解しているが、なぜそれが動作するのですか？
科学者は “熱膨張と収縮 “として温度変化の結果としてボリュームを変更するには、物質の傾向を参照してください。 気体は劇的に膨張・収縮します。 流体も膨張・収縮しますが、その体積変化は緩やかです。 固体でも、熱を加えたり冷やしたりすると体積が変化する。 例えば、橋は暑い日には少し長くなります。 しかし、固体の体積変化はあまりにも微妙で、日常の温度計では使えません。 さて、液体の温度計について詳しく理解したところで、実際に作ってみましょう！
材料
- 透明なプラスチック製のストロー
- 定規
- 先の細い永久マーカー
- 蓋付きの細首の小さなペットボトル（薬や食紅、バニラエキスなどの小さな瓶が効果的です。)
- 水
- 消毒用アルコール(風通しの良い部屋で作業し、消毒用アルコールの瓶をむき出しにしないこと。))
- 赤、青、緑の食用色素数滴（液体の食用色素が最適です。)
- ペーパータオル
- 粘土
- スポイトまたは注射器
- 小さなボウル
- お湯
- 角氷
- 市販のもの
準備
- 小皿を空け、洗う。 ペットボトル
- 透明なストローは、温度計の細い筒になります。 永久的なマーカーを使用して、半センチメートル間隔で、上から下に、ストローに小さなマークを付けます。 これらのマークは、温度計のレベルマークになります。
- モデリング粘土は、ボトルの首を封止し、所定の位置にストローを保持します。 粘土を柔らかく弾力があるように感じるまで成形し、球状にして平らに押し付けます。 この丸い平らな粘土は、ボトルの首より大きいはずです。 ストローで、この丸い粘土の真ん中に穴を開ける。 ストローに詰まった粘土を取り除きます。
手順
- 瓶に消毒用アルコールを半分くらいまで入れて、瓶の中に入れます。 (ガスや蒸発を防ぐため、消毒用アルコールの瓶はすぐに密封します。)
- アルコールに食紅を2滴ほど加え、瓶を閉めて液体がよく混ざるように振ります。 液体に色をつけるのはなぜだと思いますか？
- 薬用スポイトまたは注射器に着色した消毒用アルコールを満たします。 スポイトや注射器は、液体が漏れたときのためにペーパータオルの上などに注意深く置いてください。
- ストローをモデリング・クレイの穴に刺し、ストローがボトルの中にぶら下がるようにボトルの首の部分にクレイを置く。 ストローの先端が液体に浸かるように、しかしボトルの底に触れないように調整します。 ストローの大部分はボトルから突き出ていることになります。 なぜ、ストローがボトルの底に触れてはいけないと思うのでしょうか？
- モデリング・クレイを使ってボトルの口を塞ぎ、ストローを固定します。 重要：粘土がストローの周囲とボトルの口の上にしっかりと密閉を形成していることを確認しますが、ストローの開口部を塞がないようにします。 空気が瓶の中に入ってはいけません。 なぜこれが重要なのか、思い当たることはありますか？
- スポイトや注射器の中身を一滴ずつストローに垂らしてみてください。 どうなりますか？
- ボトルから空気が流出しないので、内部の空気圧によって液面レベルが一定に保たれ、ストローに液柱ができます。 ストローを伝って液体がリザーバーに流れ込むのは、ボトル上部の密閉性が損なわれていることを示します。
- 液柱内の液面は、ストローの見える部分のほぼ中央まで達しているはずです。 必要に応じて、スポイトや注射器でアルコール（今回は無着色で結構です）を追加します。
- ストローの液面を観察してください。 この液面は室温を表しています。
- 手作り温度計をテストするには、瓶の底の周りに手をかざし、どうなるかを観察します。 リザーバー内の液体がその新しい状況に適応する前に、それは少し時間がかかるかもしれません、忍耐強くしてください。 ストローの中の液面は変化しますか？ たくさん変化しましたか、それとも少ししか変化しませんでしたか？ なぜ、このようなことが起こると思いますか？
- リザーバをかなり加熱すると、液面はどの程度変化しますか？ 小さなボウルに中温の水道水を入れ、温度計リザーバーを水の中に入れてください。 温度計が動作するように少し時間を与える。 ストローの中の液面はどのように変化するのでしょうか？ それはあなたの手でボトルを加熱したときよりも変更されましたか？ 液体がストローの上端に近いレベルに上昇した場合、細心の注意を払い、水浴から温度計を取るようにしてください。 ストローの端を越えて液体が流れてしまう原因は何だと思いますか？ これを防ぐために、温度計をどのように変えたらよいでしょうか。
- 貯水池が室温以下に冷えると何が起こると予想されますか？
- ボウルの中の中温の水を冷たい水で置き換えます。 水に氷を入れ、水が0℃（華氏32度）まで冷えるようにします。 氷の冷たい水の中に温度計のリザーバーを置き、温度計がその新しい状況に適応するようにします。 何が起こるか？ それはあなたが期待したものと似ているか、または異なっていますか？ この測定は、あなたの温度計にスケールを追加するのに役立ちますか？
- あなたの家や庭のツアーであなたの温度計を取る。 温度が異なる場所で比較的類似している場合、顕著な違いがないかもしれない心に留めて、それはそれぞれの新しい環境に対応するための時間を与えることを忘れないでください。 ヒント 直射日光が当たる場所であれば、より暖かい測定値が得られます。 ある場所が最も暖かいか、最も涼しいか？
- おまけ。 ストアで買った温度計の助けを借りて、あなたの温度計（また、温度計を “校正 “と呼ばれる）にスケールを作成します。 この温度範囲では、アルコールは温度が1度上がるごとに等しく膨張することを利用して、校正を容易にすることはできないでしょうか？
- おまけです。 この温度計は、ストローの幅を指定して作成しましたね。 同じ温度計を、今度はストローの幅を狭くしたり広くしたりして作ってみてください。 測定値はどのように変わると思いますか？ この新しい温度計は、あなたの最初の温度計と比較して、より正確またはより少なくなるのでしょうか？
- おまけ。 あなたは、この温度計に消毒用アルコールを使用していました。 今度は液体として水を使用して、同じ温度計を作ってみてください。 0℃で凍結し、100℃で沸騰する水とは異なり、消毒用アルコールは-89℃で凍結し、82.5℃で沸騰する。あなたは冷凍庫の温度を測定するために温度計を作るためにどの液体を選択しますか？ キッチンでコンロで何かを調理する場合はどうでしょうか？
観察と結果
貯水池を温めると液体が上昇し、冷やすと下降しましたか
貯水池の液体の温度が上がると膨張し、液体の行き先は細い管の上だけになっています。 液体の温度が下がると、液体は収縮し、それによってより多くの液体がリザーバーに集まるようになります。 そうすると、細いチューブの中の液面は、また低いレベルに下がります。 温度計が構築されると、細いチューブの各レベルは、液体の正確に1つのボリュームに対応し、したがって、正確に1つの温度に。
流体の同じ膨張または収縮は、より長い距離にわたって上昇または低下を引き起こすので狭いチューブ（ストロー）は、より正確な温度計につながります。 欠点として、細いストローは温度計が到達できる最高温度を減少させるかもしれません。
様々な液体が温度計の貯水池を満たすことができます。 どのように多くの液体だけでなく、その凍結点と沸点の各ゲイン度のために膨張することは、液体thermometer.5590>
クリーンアップ
温度計に消毒用アルコールを廃棄するには、流水をたっぷり使って流し込むアルコールを注ぎます。 5590>
More to explore
Thermal Expansion, from Physics4kids.com
Balloon Morphing: How Gases Contract and Expand, from Science Buddies
Thermometer, from PBS Kids
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