温度センサーとグラフ電卓を用いた冷却の法則の検証


【観察実験の問題点】
 �@ 温度の計測自体は,単純であるのに,計測に時間がかかりすぎる。
 �A 湯がどのように温度下降していくかという法則を求めるための方法があいまいである。
【教科・単元】
 理科総合A・「仕事と熱」
【準備】
 グラフ電卓のデータ収集器(CBL2TM),DataMateプログラム,グラフ電卓,ステンレス製温度センサー,穴の開いたふた付きの35mmフィルムケース,湯
【実験方法】
 �@ グラフ電卓,CBL2TM,温度センサーを接続し,DATAMATEプログラムを実行する。
 �A データ収集のために,グラフ電卓とインターフェイスの設定を行う。
 �B グラフ電卓に示された室温を計測し,記録する。
 �C 図1のようにフィルムケースに湯を入れ,ふたの穴からセンサーの先端が湯に入るように温度センサーを差し込む。
画像
 �D 温度センサーが湯の温度に達するまで約10秒程度待ち,計測を開始する。
【実験結果】
画像
 �@ 湯の温度 vs 時間のグラフを描く。(図2)
画像
 �A (湯の温度−室温)vs 時間のグラフを片対数グラフに描く。(図3)
画像
 �B ニュートンの冷却法則 (T=T0e−kt) のモデルと一致するか検証する。
 �C パラメータT0,kを求める。
画像
 �D 任意の時間(計測した時間内)の温度を計算で求め,実際の値と比較する。(図4)
画像
 �E 水が室温より1℃高い温度に達する時間を予測する。
     1=32.5e−0.000611t
     t=2473.45
     t=2.47×103(s)
【参考資料】
 グラフ電卓の参考資料
  http://education.ti.com/educationportal/
  http://www.naoco.com/index.html
 実験についての参考資料
  http://www.vernier.com.au/
  http://www.physics.niu.edu/


              (鹿児島県立鹿屋工業高等学校 西 雄高)