ロウソクの燃え方と空気
【導入】
6年生の理科の最初に，「物の燃え方と空気」があります。
物はロウソクを使いますが，物が燃えることを考えると，
意外と奥が深いことがあります。
ファラデーの「ロウソクの科学」という本があります。
この本を多くの人が小さい頃に読むでしょう。
内容は深いのですが，やさしく書かれています。
最近，ノーベル賞を受賞した大隅良典先生が科学を志したきっかけは、
兄からもらった自然科学の本の一冊に「ロウソクの科学《があります。
【なぜ】
一本のロウソクに火をつけて燃やすとき，
その明かりを見て，どのように考えますか。
紙なら燃えるのが速いのに，なぜロウソクはゆっくりと燃えるのでしょうか。
この疑問の中に，燃え方の観察，炎の温度，燃える時の気体の流れがあります。
6年生の理科では，燃え方と空気の関係が「問題」です。
（問題と課題の違い： ，問題は問いかけ，課題は与えられたもの）
なお，小学校の理科には「ロウソクの科学《の内容は出てきません。
【一般論】
ところで一般に，燃え方とは，燃えるようすや，
燃え続けるためのくわしい流れを意味しています。
逆に，燃え続けない，すなわち，消えることから考えて，
燃えるための必要条件の一つに空気（酸素）の供給があります。
他にも燃焼のための必要条件があるでしょうか。
燃焼の３条件（燃焼物の存在，酸素の持続的な供給，
燃焼温度の維持）というのがあります。この条件は中学で学びます。
さらに深いところには，燃焼の機構や燃焼温度に関する，
深い考察もあります。小学校の理科を発展させることができるでしょうか。
小学校理科では，
「燃え続けるためには，新しい空気が必要」ということは出てきますね。
それだけで単元を終わりますか。よく観察すると面白いことを発見します。
【問題提起】
口が開いているとき，ガラス瓶の中のロウソクの火は燃え続けます。
半分以上口をふさぐとゆっくりと消えます。なぜでしょうか。
下に空気が入る口があっても火は消えます。なぜでしょうか。
口があいているのが上と下では，結果がなぜ違うのでしょうか。
【発展問題】
ここに，面白い実験があります。
高さの違うロウソクにそれぞれ火をつけて，ガラス容器で密閉します。
どちらが先に消えるでしょうか。
参照：考えるカラス＃１： 蒼井優の考える練習
https://www.nhk.or.jp/rika/karasu/
予想１： ロウソクが燃えると二酸化炭素が多くなる。
二酸化炭素は空気よりも重いので，下の方から消える。
予想２： 温められた空気が上からおりてきてロウソクを温めるので，
上のロウソクの温度が高くなり，よく燃えるので，下の方から消える。
予想３： 燃えると二酸化炭素がガラス容器の中にだんだん増えてくるので，
ほとんど同時に消える。
予想４： 燃えた後の二酸化炭素が上からおりてくるので，
上の方から消える。
ここで，考えるために参考となることをあげておきます。
でも，難しいこととわかったら，考える基礎へいきましょう。
参考１： 密度の表 （基準，0℃，1気圧）
気体の種類 |
密度（kg/m3） |
空気 |
1.2929 |
二酸化炭素 |
1.9769 |
酸素 |
1.4290 |
ちっ素 |
1.2506 |
参考２： 気体の状態方程式 PV=nRT?
P=１気圧，n=モル（分子の数に相当），R=気体定数 これらはどの種類でも同じ。
密度ｎ／Ｖ ∝ １／Ｔ すなわち，気体の密度は温度に反比例する。
【考える基礎】
4年生のとき，温められた空気は軽いということを学びました。
これは基礎となる大切なことです。
どれぐらい軽くなるでしょうか。（これは小学生の範囲外）
計算すると，およそ，100℃で25％，200℃で40％軽くなります。
何と，300℃では50％軽くなります。
実際に，測った結果，燃えているロウソクの火の温度を下図に示します。
結果として，ロウソクの炎で600℃以上に温められた空気や二酸化炭素は，
軽くなり，密閉したガラス容器の上の方に集まります。
酸素は燃えるために使われますので，ガラス容器の中の上の方では少なくなります。
それでは，実験の動画を見ましょう。
実験の動画 ←ここをクリック
?
わかりましたね。
この答えは，炎は上から順に消えます。
皆さん，如何でしたか。結果を見てから，理由を考えるのではなく，
自分の考えた理由と結論を言ってから，実験を｛やって｝みるようにしましょう。
実験結果と予想が違っていた時にこそ，驚きがあり，理科の基礎が分かります。
「予想する」ことは「想像する」ことです。
「もし，‥‥‥なら，‥‥になるはずだ」と想像します。
いくつも，「もし」がでてくるかもしれません。一つずつ解いていきましょう。
【分かった考え方】
答えの〇×よりも道筋（みちすじ）が大切です。
道筋が正しければ答えは自動的に出てきますね。
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2019.4.21 作成