液体窒素を用いた「ー196℃の世界」
1. 目 的
液体窒素を使って、低温の世界を体験する。
2. 準 備
ジュワー瓶または1000mlのビーカーと発泡スチロールの台
液体窒素(1L200円〜) ・はさみ
花・スーパーボール・ゴム管・軟式テニスボール・ゴム風船・木槌・フィルムケース・脱脂綿
ピンセット・ポリ袋・空き缶・ひも・試験管・ネオジウム磁石・軍手・割り箸・オレンジジュース
油・オイル・エチルアルコール・豆電球・電池・長い銅線またはコイル
あれば臭素管・4重極磁石・超伝導体
3. 留意点
・液体窒素を空中に飛び散らさないように気をつける。特に目には絶対に入らないようにする。
・液体窒素で凍らせたものを素手でさわらないようにする。
・気密性の高いものに閉じこめると爆発の危険があるので注意する。
・酸欠にならないよう換気に注意する。
4. 方 法
@液体窒素の観察
・ビーカーに入れた液体窒素の様子を見てみよう。
・液体窒素に触れてみよう。どんな感じがするだろう。
(長時間入れないように)
Aいろいろなものを冷やしてみよう
・花を突っ込んで凍らせてから壊してみよう。
・果物(バナナやミニトマト)を凍らせてみよう。
・スーパーボールを入れて凍らせてみよう。はね方はどう変わるだろう。
・軟式テニスボール(ゴムボール)を入れて凍らせてみよう。
完全に冷やしたあと、床に落とすとどうなるだろう。
・プラスチック消しゴムをいれて凍らせてみよう。つくえの上にしばらく置いておくとどうなるだろう。
(熱膨張により数秒から数分で破壊します。横方向に勢いよく飛散するので注意)
・ゴム管(ホース)を3cm位に切って入れて、凍らせて木槌で割ってみよう。
・少し膨らませたゴム風船を入れて凍らせたあと、つくえの上に置いて様子を見よう。
・今度は凍らせたゴム風船を木槌で割ってみよう。
・ポリ袋(小)に空気を入れ、口をきっちり閉めて、液体窒素で冷やしてみよう。
※このとき、袋の角からゆっくり浸し、徐々に全体を冷やすようにする。
完全に冷えたら内部の様子を観察し、つくえの上で元の状態に戻るのを観察しよう。
・油・エンジンオイルなどを液体窒素に入れるどうなるだろう。
・エチルアルコールを冷やして凍らせ、固体になったらエチルアルコールに入れてみよう。
うくだろうか?しずむだろうか?
C液体窒素エンジン
・液体窒素をしみこませた脱脂綿をポリ袋(大)の中に入れ口を閉じてみよう。
※脱脂綿はピンセットで扱ってください。
・立てたフィルムケースに液体窒素をしみこませた脱脂綿を入れふたをして様子を見よう。
※フィルムケースを蛍光灯の下に置かないように。離れて観察しよう。
D液体酸素
ひもでつるした空き缶に液体窒素を少量入れる。しばらくすると空き缶の表面で酸素が冷やされて液体酸素の露ができる。空き缶の下端に試験管をあてがって、液体酸素を受ける。 酸素の沸点は窒素よりわずかに高いので、空気中の酸素だけが液体になる。
・集めた液体酸素の色を観察してみよう。
・液体酸素にネオジウム磁石を近づけるとどうなるだろう。
※ネオジウム磁石の扱いに注意
Eランプと電池と銅線の実験
豆電球と電池と銅線を直列につなぐ
・電池を液体窒素に入れると明かりはどうなるだろう。
・銅線を液体窒素に入れると明かりはどうなるだろう。
F超電導体の実験
・超電導体を液体窒素に浸し、十分冷えたところで、4重極磁石の上に浮かばせる。テフロン製のピンセットでつついてみる。どのような運動をするだろうか。
G何ができるかな?
・試験管にオレンジジュースを半分ほど入れてわりばしをさし、液体窒素で冷やしてみよう。何ができるだろう。