2018年 2月 の投稿一覧

理科の知恵(勉強と暖房)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
先日教室で蜘蛛を見かけました。丁重にお引き取りいただきました。
…そんなわずかな春の気配を感じる今日この頃ですが、寒さはまだ続きます。

そこで今日はギリギリ季節はずれでないこれ。
・各種暖房機器の効率の良い使い分け方
家庭用の暖房機器はいくつかありますね。
それぞれの特徴を、物理屋さん目線で挙げます。

○石油ストーブ
灯油の化学エネルギーを熱にかえます。
要は燃焼なので、酸素を消費して二酸化炭素を出してます。
比較的安く使えて、設置も簡単です
使用中定期的に換気が必要で、火災にも注意が必要です。
勉強部屋用としては微妙な相性ですね…
1~2時間に一度、休憩しつつ換気すると良いと思います。

○ガスストーブ
ガスの化学エネルギーを熱にかえます。
石油ストーブと基本原理はほぼ同じです。より燃料費が安く、かつ高出力なことが多いです。
勉強部屋用としてわざわざ用意することは、千葉ではないでしょう。
寒さの厳しい地域では、高出力を頼りに使われるようです。

○電気ストーブ(ヒーター)
電気エネルギーを熱にかえます。
何も燃焼していないため、換気の必要性が低く、火災の危険も低めです。
設置は簡単で、運転中の管理もほぼ必要なく、かなり扱いやすいです。
使用料(電気代)が高くつきやすいのに注意です。
勉強部屋用としては優秀だと思います。
ただ、下手な使い方をすると電気代が5000円以上になることも十分ありえます。

○エアコン(暖房モード)
室外から熱を吸い、室内に吐き出します。
こちらも換気の必要性が低く、火災の危険はほぼ無いです。若干出力は控えめです。
運転中の注意はなく、原理上電気代も電気ストーブほどにはなりません。
しかし、大がかりな装置を必要とするため、設置が大変でお金もかかります。
勉強部屋用としては理想的だと思います。
既に部屋にある生徒さんは、親御さんに感謝しましょう。
なお、私の入っている教室はエアコン完備です!ありがたや!

○電気こたつ
電気エネルギーを熱にかえます。
電気ストーブと基本原理は同じです。部屋全体を暖めようとしていないのが相違点。
適切に毛布などを併用すると、暖房効率が非常に良く、電気代は軽減しやすいです。
設置がその分やや難しく、本人の行動範囲が制限されがちなのは留意ですね。
勉強部屋用としては悪くないと思います。
ただ、コタツで寝るのはよくないです。さすがに一晩は保温しきれず冷える→風邪ひきます。
つけっぱなしはもっとダメです。

・換気について
窓閉め切りがちな冬場ですが、勉強部屋の換気は重要です。
二酸化炭素の濃度が上がり、酸素の濃度が下がると、集中力の低下や眠気の原因になります。
特に暖房を使っていない場合でも、一日一回程度は換気したいところです。
また、酸素の濃度が下がり過ぎると、ストーブ使用時に不完全燃焼という現象が起こります。
不完全燃焼では、燃焼の過程で「二」酸化炭素ではなく、「一」酸化炭素が出てくるようになります。
一酸化炭素は毒性があり、最悪の場合命を落とします。
たまに、換気したら暖房の意味が無いという意見を聞きますが、暖房は部屋の空気だけでなく、部屋自体を温めます。
そのため、空気を入れ替えても、一定の暖かさは残ります。安心して窓あけましょう。
窓は短時間全開にするのが良いです。逆に、長時間小さく開けるのはオススメしません。

勉強に限らず、何かに集中して取り組みたいとき、換気は結構バカにならないと思ってます。
できれば換気の必要のない暖房器具を使い、ぼーっとして来たら換気、試してみてください。
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理科の考察(赤い月)

個別指導塾の学習空間、習志野藤崎・西白井教室の竹村です。
先月末には皆既月食がありましたね!
私の教室ではしばし机を離れて、幻想的な赤い月を観察しました。 

今日のテーマは特別編でこれです。
○…なんで月見えてるんでしょ?
皆既月食では月は地球の影に入り込むんですよね?
宇宙空間の真っ暗闇の中の月が、なぜ赤黒い色で見えてるんでしょう?

・屈折
この理由の半分は、中学校で習う凸レンズの特性の応用で説明できます
地球の周りには大気があります。球の形の空気の塊ですね。
また、大気(空気)にも真空と比べるとわずかに屈折率があります。
このため、大気は凸レンズのようなはたらきをします。
太陽からほぼ垂直に地球に来た光は、地球の影のほうへ曲がるわけです。
地球の影もまっ暗闇ではないんですね。

・散乱
でも、これでは赤くなる理由がわかりません。
これには「光の散乱」という現象が絡んでいて、細かいところは多分高校で習います。
※発展的な内容なので扱わない事もあり得ます。
小難しいところですが、高校数学ノータッチでイケるので、説明しますね。

まず予備知識として、太陽光(白色光)は、色々な波長の光が混ざっています。
また、光の波長の違いは、我々の目には色の違いとしてうつります。
最後に、光は何かに当たれば反射し、その向きを変えます。

さて、太陽光が大気を通過する際、含まれる光それぞれの波長の違いが問題になります。
光を人に例えると、波長の違いは、歩幅の違いとしてイメージしていいです。

青い光は波長の短い光です。
ちょこまかしてるので、空気中の細かな分子に当たってしまい、中々まっすぐ進めません。
そのため、皆が大気を通り抜けて地球の反対側に行く頃には、青い光は大体別のところ行ってしまってます。
※どこに行ったかって?地上(にいる我々の目)の方に来ています。おかげで空は青く見えます。

赤い光は波長の長い光です。
波長が長いため、空気中の分子などと言う細かいモノはどんどん跨(また)いでしまいます。
そのため、大気を通り抜けて地球の反対側に行く長い旅でも、赤い光はほぼ脱落者なくやりきります。
※夕焼けが赤いのは、他の色の光が次々脱落する中、赤い光は来るからと言えます。

なお、赤と青の間の他の色は、この間の性質となります。
すごく平たく言えば、大気をストレートに通過できるのは赤っぽい光のみということです。

さくっとまとめましょうか。
皆既食中の月は、太陽の光が直接には届かない場所にあります。
しかしそこは、地球の大気によって曲げられた赤い光が幽かに照らしているわけです。
赤い光で照らされた月は、当然赤く見えるわけですね。

この光の散乱で、海の青や低い位置の月の赤、変わりどころでグリーンフラッシュなども説明出来ます。
光の分散に反射屈折も加えれば、蜃気楼や虹、幻日など、多くの気象現象が説明できます。
気象現象は地学の範囲と思いきや、意外と物理現象として考察しきれるものも多いんですね。
興味がある方は物理勉強してみましょ!(そのためには数学の用意も忘れずに頼みます!)
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