福島県教育センター所報ふくしま　No.47（S55/1980.8） -008/034page

中学校教材

JouL熱の測定実験法の工夫

科学技術教育部　　 小荒井　　　要

1　はじめに

　中学校理科におけるJoul熱の実験は，Q∝VI　か， またはR＝一定の場合に，Q∝I²　を確かめる程度に 押さえる例が多い。

　ここでは，ズバリQ＝0．24VIｔ　を，そう困難なく 検証する実験方法を追求してみる。

2　装置と測定の工夫

図1

（1）熱量計は， 断熱性の高い ことがのぞまれるので 図1のように，容器はサーモ・カップ（断熱性が 高い）を用い，更に，サーモ・カップの周りを発 泡スチロールでとり囲んで，これをプラスチック容 器の中にはめ込んで装置をつくる。

（2）水温の正しい値を測定するには， 充分にかくはん を行って水温の部分的偏りを駆遂する必要があ る。このために，ミニスターラを用いる。

（3） 温度計は，0.5℃目盛り のものを用いる。

（4）サーモ・カップやミニスターラの回転子などの 熱容量を無視して計算をすすめたいので， 試料の水はできるだけ多く とる。（本実験では，カップ の容積が280cm³　だから，水は200g　程度）

（5）外部との間の熱の出入りを避けるために， 水温 の変化範囲は，室温付近を中心ことり ，その変化 範囲は，あまり拡げない。

　次の図2のグラフは，気温19℃の室内で5．8℃の水 200g　を14．3W の電力で24分間加熱した場 合の加熱時間と上昇温度との関係を示した ものである。

図2

　測定値は，ほば直線上にのってはいるが，室温に比較して低い範囲では測定値は直線の上側に散らばり，反対に高い範囲では，下側に散らばっている。

　これは，室温に比較して試料の水温が低い場合は，系内に熱が入り込み，その反対の場合は，系外に向かって熱が放散していることを物語っている。

　従って，実験を成功させるには，水温の変化範囲 △Tは，室温付近を中心にとり，その変化範囲は， あまり大きくひろげないことである。

（6）電熱線は，10オーム程度のものを用いて，供給 電力は10〜15W　程度に選ぶ。

（7）何といっても 電源装置が問題である 。理科実験用の市販の電源装置では，よい結果は得られない。

　理科実験用の電源装置で得られる出力は，整流 された脈流（全波）であって，これを直流メータ ーで測定するとき，発熱に相当する実効値（電力） を求めることはできないのである。＊1

　直流メーターで，発熱量に相当する電力を測定す るには，強さ一定の直流（脈流ではなく）を出せる ような電源を用いなければならないのである。

　そこで，容易に普及可能な，簡単で安上がりの安定化電源を製作してみた。次に，そのことについて