この実験結果は正しいですか？

質問

自由研究の実験結果について。

今回、私は『氷による水温の変化』というテーマで
水200mlに氷を1つ入れ、とけるまでの温度変化と
氷が完全にとけてから5分後の水温を調べました。

（氷を入れたときの水温はすべて28.3℃です。）
プラスチックの使い捨てコップを使い、
コップにアルミホイルやタオルを巻いたりしました。

その実験結果が↓です。
（<巻いたもの>とけるまでにかかった時間・とけたときの水温⇒5分後の水温）

<アルミホイル>3分10秒・21.2℃⇒21.6℃
<サランラップ>3分15秒・21.8℃⇒22.2℃
<タオル>3分45秒・22.1℃⇒22.6℃
<新聞紙>2分55秒・22.8度⇒23.0℃
<何も巻かない>4分0秒・20.9℃⇒21.2℃

この結果は正しいと言えますか?

また、この結果から導き出せる考察はどんなことがありますか?

回答No.7

noname#175206

質問者様で考えることが大事と考えましたが、ちょっと突き放しすぎたかな、と反省して、もう少し。かえって実験結果を「間違い」と追い詰めるようなことを書きましたし。でもまた、最初は追い詰めるような話なんですが(^^;。

　保温材として、アルミホイル、サランラップ、タオル、新聞紙、それぞれ一つだけは実験しました。
　では、二つ組み合わせたらどうなのか、ということも考えてみましょう。

　今は夏ですが、冬の寒い時の衣料を考えてみましょう。風を遮るだけのウインドブレーカーだけでも、冷たい風に対しては有効です。
　風のない寒い室内なら、毛布は暖かく身を守ってくれます。

　ダウンジャケットは、この二つを組み合わせたような感じですね。表面素材は風を通しにくく、その後ろには羽毛です。では、羽毛自体は暖かくできるのか。

　発泡スチロールがありますね。衝撃に対して強く、しかも衝撃の力を和らげるため、段ボール箱の中に製品を守る梱包材としてよく使われます。
　でも別の使い方もあります。漁港などで、発泡スチロールの箱に氷を入れて、そして鮮魚を入れています。釣りをする人が、釣った魚を入れるために大きな箱を抱えていたりします。それは発泡スチロールむき出しではないですが、要は保温性が高いです。でも、釣り師の人に聞くと、漁港で使われている発泡スチロールの箱が一番保温性が高いそうです（つまり、一番長時間、魚を冷やし続けられる）。

　発泡スチロールは風を通しません。風を遮る点では保温効果はある。でも、なぜわざわざ「発泡」、つまり空気を元のプラスティック素材に大量に混ぜ込むのでしょうか。
　ここで、先に述べた羽毛と一致する点があることに気が付きます。つまり、空気です。羽毛自体とかプラスティック自体とか、そういうことではなく、空気が保温しているのではないか、と思い至ります。さらに考えると、空気は熱を伝えにくいのではないか。

　実験結果を上手に説明する方向ではなく、さらに実験結果を間違いだと追い詰めるようなことを書きました。安易な結論に逃げて欲しくないからです。

　しかし、それではあまりに不親切です。もう一つの方向を示唆しておきます。

　パソコンの中を見ると、CPUというものに放熱板が付いています。CPUは小さい癖に凄く電力を消費します。使った電力は熱になり、CPUを熱く熱くします（触れないくらいに）。でも、そのくせCPUは熱に弱いのです。あまりに熱くなると壊れてしまします。
　そこで冷やす工夫が必要になります。CPUに風を当てるだけでは追いつきません。そこで、熱を伝えやすい金属を使います。いっぱい棒や壁が垂直に立っている金属をCPUに密着させます。そこに風を当てます（扇風機みたいなものが付いています）。
　これは何をしているのかと言うと、その金属でCPUの熱を奪うのですが、そこから熱を逃がす必要があります。熱を逃がすには、熱を逃がすための金属の表面積が多ければ多いほどいいのです。もし、ここが分かりにくければ、補足で言ってください。追加で説明を考えてみます。

　以上がヒントです。特にタオルや新聞紙については、気が付くところがないでしょうか。これらは繊維が重なり合うようにできています。その繊維まで考えると、実質の面積は大きくなりますね。

回答No.6

noname#175206

補足、承りました。

>・追加実験は、「氷をとかす実験で、コップに水滴がついていたので、それも温度変化（氷のとける速さ）に関係があるのかな？と思ったので実験しました。」ということでいいんですか？

　そうですね、それでいいでしょう。

>・熱湯で実験するということでしたが、実験で使用したプラコップの耐熱温度が60℃以下なんです。50℃ぐらいのお湯でやっても問題ないですか？

　それでいいでしょう。実験に使う器具は、大丈夫な範囲で使うべきです。実験も安全第一です。

>・濡らしたタオル・新聞紙の時と、乾いたタオル・新聞紙の時とで比べればいいんですよね？

　いいところに気が付きました。バッチリです。比べる条件をできるだけ同じにする、これは実験の基本ですね。ついでにタオルや新聞を濡らすのは、コップの中の温水と同じ温度にするといいでしょう。たっぷりの温水を用意して、それをコップに注ぎ、同じ温水で新聞紙やタオルを濡らしてコップを覆う、ということですね。

>・扇風機を使う理由は「早く結果を出すため」でいいですか？

　その通りです。理由は次の追加質問の後で説明します。

>・追加実験で、「濡れたものを巻いたほうが温度が下がりやすい」という結果が出たとしたら、『水滴は温度変化に関係がある』ということになりますよね。この結果は、氷をとかす実験の結果にどう関連付けたらいいですか？

　濡れた物で覆い風を当ててやれば、コップの温水の温度の下がり方は、乾いた物で覆った場合より、下がりやすいはずです。
　もし実験結果そうなったら、首をひねることになりますね。湿気たもので温水を覆ったら、冷えやすい。ということは、湿気たもので冷水を覆ったら、温まりにくいんじゃないか？

　実は、濡れた物が乾くとき、水が水蒸気に変わるわけですが、その時は温度が変わらずに周囲から熱を奪います。軍手をして、それを濡らして風を当てると冷やかに感じるのはそのためです。風は、水が水蒸気になるのを増やす効果があります。
　コップの冷たい飲み物を冷たいままにし続けるため、氷を入れるのも同じ理由です。氷は解けて水になる時に、大量の熱を周りの飲物から奪います。0度の鉄では、氷ほどには冷やし続けることができません。

　理屈はそうなんですけど、これでは氷を入れたコップを水を吸収するような素材で覆ったら、氷はかえって速く溶けてしまったことを説明できません。しかし、湿気た素材で覆ったら冷やしやすいことも確認できている。

　どうやら、覆った湿気ていることでは氷が早く溶けるという、今回の実験結果は、それでは説明できそうにない。そうなります。無駄なことをしたようですが、このように要因を一つずつ潰して行くことが、実験では大切なことです。

　冷えたペットボトル飲料や缶飲料を保温するために、何かで覆うことは、よくやりますし、経験上、そうすると長時間冷えたままにしておけます。これは事実として受け入れなければいけないでしょう。

　コップ表面の水滴から考えても、何かで覆えば、そして湿気る素材ならなおさら、氷は解けにくいはず。

　ここまで実験を追い詰めて、今回の実験では何があったのか、それを考えていきましょう。常識的な結論と正反対の結果がでたのは何故か。今回の実験が失敗とか、考える必要はありません。常識的なことの中に、何か穴があるかもしれません。それを考察の結論とするようにすればいいでしょう。

回答No.5

kyo-mogu

時間が許せば、同じ実験を繰り返し平均値を求めるなどしてください。ただし実験に際して参考のデータとして室温など細かいデータも必要です。

　考察はあなたが考えないとだめだよ。それが実験だし、考察に基づいて追加の実験まで出来ればとおもいますが。

　気化熱とか、コップについた水滴がどれぐらいだったか。この水滴がどのように蒸発していったのかな？

　それと実験結果が正しいかは同様の実験をしなければ正かどうかは判断出来ません。

回答No.4

noname#175206

いい感じの実験ですよ。実験の測定をきちんとやっていれば、実験自体が間違いと言うことは考えなくていいです。要は、実験結果から何を教わるかです。そこが実験の一番大事なところです。

　さて、「紙コップに入れた氷を解かしやすくする、紙コップを覆うもの」で考えてみましょう。
　実験結果から明らかに、新聞紙＞タオル＞サランラップ＞アルミホイルでしょうね。そして何もしないのが一番氷が解けにくい。

　じゃあ、何か紙コップを保温しようとして（氷が冷やす低温を逃がさないようにして）やったら、逆効果なんでしょうか。そういう結論も出せます。実験結果がそうなんですから。

　でも、見たままを受け入れていては、科学にはなりません。見たままを受け入れず、それがいろいろな原因で成り立っていることを考えるのが科学です。ですから、昔々、ガリレオ・ガリレイは、彼以前から常識だった「重い物ほど速く落ちる」というのは、実は間違いだということに気が付きました。いやガリレオとて紙が石ころより遅く落ちることは分かっていました。彼が看破したのは、落ちると言うのは地球に惹かれる力と、空気が落ちるものを遅くしようとする力、二つがあるということに気が付いたのです。

　新聞紙とタオル、それと、サランラップとアルミホイル、この二つのグループには重大な違いがあります。それは、「水を吸う」ということ。そして、紙コップだけの時は、紙コップ表面が湿っていた、あるいは水滴があったのではないですか？

　もし、紙コップだけのときに表面に水滴があった、少なくとも湿気っていたなら、新聞紙とタオルはそれを吸いあげ、サランラップとアルミホイルはそうしなかったはずです（水が垂れたか、紙コップの間に留まったかはやり直してみないと分かりません）。

　湿気ている物が紙コップを覆っている追加実験ができれば、一番いいです。熱湯を入れた紙コップの周りを水で濡らした新聞紙、タオルで覆い、温度変化を測るのです。扇風機があればそれを使うのがいいでしょう（とにかく一定の風があったほうが早く結果が出ます）。

　おそらく、新聞紙や紙コップは直接接している紙コップの温度と同じになろうとはするでしょう。これは、冷たいものに手を触れたら手が冷たくなるのだから、そうなりそうだということは分かるはずです。

　そこで、今度は濡れた新聞紙やタオルが風に当たったら、ということまで考えます。今は夏ですから、コップの水温より気温は高いでしょうね。手を水にぬらして風に当てるのと、軍手とか布地の手袋を風に当てたとき、どちらがひんやりするでしょうね。濡れたティッシュやハンカチでもいいですよ。

　とりあえず、ここまでにします。追加で質問があれば補足欄にどうぞ。補足欄は見ておくようにしますから。いい線行ってますよ、がんばって！

補足

丁寧な回答ありがとうございます！！
追加実験についていくつか質問させていただきます。

・追加実験は、「氷をとかす実験で、コップに水滴がついていたので、それも温度変化（氷のとける速さ）に関係があるのかな？と思ったので実験しました。」ということでいいんですか？（まとめる時に書かないといけないので）

・熱湯で実験するということでしたが、実験で使用したプラコップの耐熱温度が60℃以下なんです。50℃ぐらいのお湯でやっても問題ないですか？

・濡らしたタオル・新聞紙の時と、乾いたタオル・新聞紙の時とで比べればいいんですよね？

・扇風機を使う理由は「早く結果を出すため」でいいですか？

・追加実験で、「濡れたものを巻いたほうが温度が下がりやすい」という結果が出たとしたら、『水滴は温度変化に関係がある』ということになりますよね。この結果は、氷をとかす実験の結果にどう関連付けたらいいですか？

たくさん質問してすいません。
よろしくお願いします！

回答No.3

NiPdPt

結果が正しいかどうかは温度や時間が正しければ正しいということです。
ただし、科学的に意味があるかと言えば・・・・さほどの意味はありません。
なぜかと言えば、アルミホイルなどの熱容量が不明ですのでその時点で正確さがなくなります。
また、科学的に考えれば外部との熱の出入りがなく、巻いたものの熱容量が同じであれば水温は同じになるはずです。ならなかったということは、外との熱のやり取りがあったか、熱容量の差に起因するかのいずれかということになります。
仮に後者であったとすればそこから先は無駄な議論です。前者であるとすれば、時間がかかるほど水温は気温に近くなります。

気の毒ですが、こういったデータをもとに科学的な議論をするのは無理です。

仮に、水、氷の量、巻いてあるものの熱容量、容器の熱容量などが全く同じであり、気温が水温よりも高いとした場合に予想される科学的な結果は、速く融けるほど水温は低いはずです。また、巻いてあるものの熱容量が大きいほど水温は高いはずです。その両方の要因が最終的な温度に大きな影響を与えます。

回答No.2

noname#160321

実験上に大きな欠陥があります。
１.室温が調べられていないこと。全部を同時に行ったなら少しはマシですが。
２.氷の質量(重さ)が一定であるという保障がないこと。
なお、一番断熱性が良いのは発泡スチロールですので、機会があったら試してみて下さい。

回答No.1

ykgtst

実験結果に正しくないなんてあるの？　どうしても自分のやった実験結果が疑問ならもう一度実験をしてください。
考察～室温は何度ですか？　同時に実験していますか？　何もまかない方がとけるのが遅い理由を考えましょう。