中学入試に出る理科実験
science-experiment
近年、中学入試の理科では、身のまわりの物事の仕組みについて考え、もっている知識と相互に紐づけていく取り組みが求められています。「どうして？」という日常の素朴な疑問を大事にすること、実験・観察に関連した出題に対応できるような学習を進めておくことが大切です。
このコーナーでは、実際に中学入試で出題された問題に触れながら、ご家庭で取り組める簡単な実験を紹介します。
【中学入試に出る理科実験⑧】雙葉中で出題された信号機に関する実験
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雙葉中で、信号機をテーマとする出題がありました（2011年理科）。
今回は、信号機に使われるLEDや白熱電球に関する実験と明かりの歴史を紹介します。
LEDとは
Light Emitting Diode (発光ダイオード)の略で、半導体の接合部に電流を流すと発光する特殊なダイオードです。
今回は、信号機に使われるLEDや白熱電球に関する実験と明かりの歴史を紹介します。
信号機の謎にせまる！
ふだん何気なく見ている信号機には謎がいっぱい。
信号機に使われるLEDは、人類が発明した第４の明かりといわれます。
ほかにはどんな明かりがあり、どんな特徴があるのかな？
さまざまな実験を通じて明かりの歴史と信号機の謎にせまりました。
実験１ 人類にとって初めての明かりは？
人類にとって初めての明かりといわれるのは炎。ものを燃やして、その炎を明かりとしました。
考えてみよう！
【問題】息を吹くと、ロウソクの炎はどう消えるでしょう？
（１）その場ですぐ消える
（２）炎だけ芯から離れて飛んでいく
（３）その場でうずをまいてから消える
【解答】
正解は②。
炎はその場で消えず、芯から離れて飛んでいき、しばらくたってから消えることがわかりました。
実験２ 比べてみよう！白熱電球とLED電球はどう違うのか？
エジソンが発明し、人類にとって第２の明かりといわれる白熱電球。人類が発明した第４の明かりといわれるLED。この2つにはどのような違いがあるのでしょうか。実際にさわって比べてみましょう。
白熱電球はさわれないほど熱く、LED電球はさわっても熱くないことがわかりました。
考えてみよう！
【問題】
雪国の信号機を白熱電球からLEDにすることで、どんな問題が起こると考えられますか。
【解答】
白熱電球に比べてLEDの発熱量が小さいため、雪が融けにくく、積雪して信号機の点灯が見えにくくなる。
【まとめ】
白熱電球は手を近づけると温かいので、光だけでなく熱も放っていることがわかります。電気エネルギーの多くが、光だけでなく、熱として使われているからです。
白熱電球は手を近づけると温かいので、光だけでなく熱も放っていることがわかります。電気エネルギーの多くが、光だけでなく、熱として使われているからです。
対してLEDは、光が強いにも関わらずさわっても熱くないことから、あまり熱を放っていないことがわかります。電気エネルギーを効率的に光に変えており、消費エネルギーが小さく、白熱電球と比較して環境にやさしい照明といえます。
しかしながら、LEDを使用した信号機を雪国で使用すると、雪が融けずに降り積もり、降り積もった雪で信号機の点灯が見えにくくなる懸念があります。
では、雪国ではどのような対策しているのでしょうか。自分で方法を考えて実際に調べてみましょう。
LEDとはLight Emitting Diode (発光ダイオード)の略で、半導体の接合部に電流を流すと発光する特殊なダイオードです。
実験３ なぜ光る？蛍光灯が光るひみつ
人類が発明した第３の明かりといわれる蛍光灯。蛍光灯は白熱電球とどう違うのでしょうか。プラズマボールという器具を使って電気を発生させ、電極が劣化し点灯しなくなった「切れた」蛍光灯に近づけてみましょう。
①「切れた」蛍光灯にプラズマボールに近づけます。
②プラズマボールを近づけると、切れた蛍光灯でも光りはじめました。
【解説】
蛍光灯にはガスが詰まっており、電気を流すと発光します。白熱電球はフィラメントが切れると、電気を流しても点灯しません。しかし、蛍光灯は電極が劣化して点灯しなくなり、「切れた」ように見えても、中のガスが残っていれば、別の方法で電気を流すことで点灯します。
蛍光灯にはガスが詰まっており、電気を流すと発光します。白熱電球はフィラメントが切れると、電気を流しても点灯しません。しかし、蛍光灯は電極が劣化して点灯しなくなり、「切れた」ように見えても、中のガスが残っていれば、別の方法で電気を流すことで点灯します。
■実験監修
TOMASサイエンス教室 矢野 仁（やの ひとし）先生
TOMASの教室で理科実験プログラムを開催している。子どもたちの「なぜ？」「ふしぎ！」を引き出す問題発見型のプログラムに定評がある。
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