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気圧についての理解を深める実験
−利雪水気圧変化計(気圧はかります花)の製作と気圧の実験−

札幌北高校(石田暁教諭)


■ はじめに

 「気圧の変化は実感できないから、理解しにくい。」といわれています。 ここでは、気圧の変化を実感できる測定器具「利雪水気圧変化計(気圧は かります花)」について紹介し、この教材を利用した気圧の理解を深める実験についても紹介します。

 
※ 当実験は北海道立理科教育センター宮嶋衛次先生考案の装置によるものです。
■ 利雪水気圧変化計

利雪水気圧変化計は次のような特徴を持っています。
  ◇ 0.2hpa程度の小さな気圧変化を調べることができる。
  ◇ 約6時間にわたり測定することができる。
  ◇ 携帯性に優れている。   
  ◇ 関心を引くデザインである。(宮嶋氏によって”気圧はかります花”と名付けられている)
  ◇ 製作が容易であり、製作費も安い。
 製作と操作

◇準備
  測定部
   ・ガラス容器(30mlのドリンク剤の容器)
   ・ゴム栓(1号)
   ・花 が付いたアクリル管(内径2mm,長さ30cm程度:市販の造花)
   ・ホットボンド,
  目盛盤 断熱部
   ・サーモカップ(650ml)
   ・アルミ蒸着マット,雪(かき氷)
  容器内の液体
   ・ウィンドウオッシャー液(5ml),
  インク その他
   ・注射器
   ・ゴムチューブ

◇製作手順
 (1) ゴム栓にアクリル管を通し,空気が漏れないようにホットボンドで接続部を接着する。
 (2) アルミ蒸着マットでサーモカップを覆う断熱容器を作る。
 (3) ウィンドウオッシャー液にインクを入れて着色する。
 (4) 花の近くのアクリル管に、熱した千枚通しで小さな穴をあける。
 (5) あけた穴の少し下のところでアクリル管を切断する。

◇操作
 (1) ガラス容器に着色したウィンドウオッシャー液を5ml入れ、ゴム栓をする。(図1) 
 (2) サーモカップの底から約1.0cmまで雪を詰めて入れ,その中央にガラス容器を置き,さらにカップいっぱいに
  雪を詰めて入れる。
 (3) サーモカップを断熱容器に入れてふたをする。  
 (4) 容器内の空気の温度をほぼ0℃にするため約10分間放置する。
 (5) アクリル管の先端に1.5mlの空気が入った注射器に付いたゴムチューブをつける。 
 (6) 注射器の中の空気を容器内に入れ、アクリル管内の液面が上から10cmく らいの高さにくるようにする。
  液面が上がりすぎた場合には傾けて管内の液を 少し出す。アクリル管の先端に切断した花の部分をセロ
  テープでつける。
  (7) 暖かい空気を入れたため,さらに約10分間放置する。
  (8) アクリル管に目盛盤を貼り(図2:図3目盛盤),液面の高さの変化から気圧の変化を求める。 


図1測定部図2 利雪水気圧変化計
(気圧はかります花)
図3 目盛盤図

◇ 測定例
  この利雪水気圧変化計をセットして急な坂道を登り、気圧計の値と液面の高さとの関係を調べました(図4)。測定値はほぼ一直線上にのり、ずれは最大で0.2hpaでした。 目盛盤はこの直線の傾きから1hpaにつき0.52cm差が出るように作成した(図3)。 温度変化は0.2℃以内であり、ほぼ一定の温度を保つことができました。新雪を用いた場合は6時間、ザラメ雪やかき氷を用いた場合は4時間、温度がほぼ一定でした。 (室温25℃の場合)

★ この気圧変化計をもってエレベータに乗ると、階により気圧が変化するのが測定できます。
図4 気圧と液面の高さ
 低気圧通過に伴う気圧変化の観測 この利雪水気圧変化計を用いて1999年9月24日1時15分から10時45分にかけて気圧の変化を 測定しました(図5)。当日は台風が北海道付近を通過しており、5時から7時くらいの間 に台風の中心に最も近づいたことがわかります。気圧変化が最も激しいときは15分間で 1.8hpaも変化しました。断熱容器の周囲にさらに断熱材を巻くことで測定時間は9時間30分 に延ばすことができました。
図5 台風通過に伴う気圧変化

 
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