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中学3年です。
今年の自由研究のテーマは過冷却水に決めました。
一応作ることには成功したのですがいざレポートを書こうとして悩んでいます。
ただ作っただけでは、レポートの内容があっさりしすぎている気がするのです。
枚数も足りません。
この過冷却水から、レポートの内容を広げるのに
何かいい案があれば教えてください、お願いします。

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A 回答 (2件)

過冷却水をつくる方法を調べて、実際につくってみたのだと思います。


では、それって何かに利用できるんですかね?
凝固点を下回っても液体が凍らないという現象は、何か良いことがあるんでしょうか? それとも、まずいことがあるんでしょうか? こんなことに利用できる(利用されている)、こんな時には過冷却が起きてはまずい。等のことがあると面白いように思います。
過冷却の利用については、ネットで色々情報が転がってるはずです。
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この回答へのお礼

早速の回答、ありがとうございます。
利用されている点・・・ですか。
そういうものを調べると、確かに内容が充実しますね。
これからネットで調べてみようと思います!

お礼日時:2006/08/15 15:48

・テーマを選んだ理由


・過冷却とは何か
・過冷却が実用化されている例
・実験
・実験結果の考察
・実例との比較
・今後の課題
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この回答へのお礼

順にあげてくださって、ありがとうございます。
これらを書くと、しっかりしたレポートになりそうです。
個人的に悩むのはテーマを選んだ理由ですかね。
動機とか、特にないですし。
適当に興味があったなどかいて、埋めておきます(笑)

お礼日時:2006/08/15 15:50

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Q過冷却の自由研究

夏休みの自由研究で「過冷却」の実験をしようとおもうのですが、どのようなことをしたらよいのでしょうか?

Aベストアンサー

見つけました。
http://homepage3.nifty.com/Kume/naru/044/naru044.html
http://homepage3.nifty.com/narumori/homepage/science2.htm

Q「過冷却水」を作ったら失敗しました・・・

おもしろ科学実験の本に、過冷却水の作り方が載っていました。
「ペットボトルを冷凍庫に90分入れて、そ~っと取り出してから机にドン!!」ってやると
みるみる凍っていく・・・とか。

実際やってみたんですが、90分冷凍庫に入れておくとすでに凍ってました。苦笑

(1)90分っていうのは「常温」からですか?(私は冷蔵庫の少々冷えた状態からしました)
(2)グレープフルーツジュース(果汁100%)でやったんですが、それがいけなかったんですか?(水やお茶??それとも炭酸水?)
(3)実際やってみたことのある方は何のペットボトルで常温(あるいは冷蔵庫)から何分くらい冷やしましたか?

なんとしても目の前で凍っていく様子を見たいので
是非、アドバイスお願いします。

Aベストアンサー

 直接ペットボトルで確認したわけではありませんが、大学では理科系科目の基礎実験に過冷却の課題がありそれをやった経験から。
 まず、グレープフルーツジュースでは条件が異なるのでまず不可能とお考えください。
 できるだけ混ざりものの無い水を使用してください。(本当は水道水ではなく蒸留水やイオン交換水等が良いのですが、入手性の問題から水道水でも仕方ないでしょう。)
 次に冷却時間ですがこれは水の量とペットボトルの容量、そして冷蔵庫の冷凍室の性能等にもよるので何回か試す必要があるでしょう。

Q過冷却について

過冷却はなぜ起こるのですか?
現象としの理論は大体わかったのですが、それがエネルギー的にどうなのか、がいまいちつかめません。
教えてください。

Aベストアンサー

過冷却がなぜ起こるのか?と問われれば、その答えは「融点以下の液相は固相として存在するのが熱力学的に最も安定だが、実際に凝固するためには「核発生」というきっかけが必要だから」という答えになります。

過冷却現象はエネルギー的な安定の観点からだけでは説明できません。動的な成長理論(核発生理論)を考えて初めて説明されます。
エネルギー収支からの検討は「ある温度(と圧力)のもとで、その物質はどんな状態として存在するのが一番安定か」を教えてくれます。例えば氷点下1℃なら「水は固体として存在するのが安定」です。しかし「どれくらいの時間をかけたらその状態に至るのか」は教えてくれません。その状態に1秒で移行するかも知れませんし、1億年かかるかも知れません。

「熱力学的に安定ではないのだが存在できている」例で、一番分かりやすいのがダイヤモンドでしょう。常温常圧における炭素の安定相はグラファイトでありダイヤモンドではありません。ダイヤモンドは本来、常温常圧では存在してはいけない物質なのです。
しかしダイヤモンドがグラファイトに転化するには、とんでもなく高いエネルギー障壁を乗り越えて構造を組み換えねばなりません。この組み換えが起こる確率は非現実的なほどに低いので、事実上常温常圧でもダイヤモンドはダイヤモンドのまま存在できます。

0℃以下になった水も、その安定相は当然に固体である氷です。ところが上記のダイヤモンド→グラファイトの場合と同様、水が氷に変化するにはある障壁を乗り越えなければなりません。実際にはその障壁は大して高くないので水を凍らせるのは別に難しくないのですが、いずれにしても「きっかけが必要」とは言えます。
水に限らず液相→固相の変化において、このきっかけ(あるいは障壁)に相当するのが「核発生」です。核発生理論についてはすでに十分な検討がなされ、学説としては確立しています。

いま液体が融点以下に冷やされて、下の図のように液体の中に小さな固体の粒(核)が発生したとします。この粒は大きく成長できるのでしょうか、それともやがて消滅してしまうのでしょうか。

 液体
   / ̄\
   │固体 │
   \_/

この場合のエネルギー収支を考えてみると
・液体が固体になったことによりエネルギー的に得した分(潜熱放出)

・液体と固体との境界が生じたことによりエネルギー的に損した分
があります。後者のことを「界面エネルギー」などと呼びます。界面エネルギーの概念はややなじみにくいかとも思いますがとりあえずは、異なる相が接している場合にその部分に余分なエネルギーが必要になる、と理解すればよいでしょう。
さて、液体が固体になったことによる自由エネルギー低下分は固体部分の体積、すなわち半径の3乗に比例します。後者は表面積に比例しますから、結局半径の2乗に比例します。これらを差引きして考えると、半径rが大である核ほどエネルギー的に安定であることになります。逆に小さな核はエネルギー的に不安定なため、やがて消滅してしまうことになります。
「小さな核はやがて消滅してしまうのであれば、いつまでたっても核は成長できないのではないか?」
これもおっしゃる通りです。しかし実際には核は生成します。それはどういうことかと言うと、分子は常に離合集散を繰り返しているわけですが、その集合体がたまたま生き残れるために必要な大きさに(確率的に)達したとすると、その先は安定して成長できるようになるからです。

もう少し、数式も取り入れながら説明したいと思います。
いま液相中にnモルの固相が析出し半径rの結晶相(固相)が発生したとします。その場合の自由エネルギー変化ΔG(n)は
ΔG(n)=4πr^2 γ-nΔμ  (1)
と表されます。γは液相-固相の界面エネルギー、Δμは1 molあたりの自由エネルギー変化です。Δμは過飽和度(過冷却度)の関数であり、過飽和度が大きくなればΔμも大きくなります。

析出する結晶相を球形に近似すれば、結晶相のモル体積をνとして
ΔG(r)=4πr^2 γ-(4πr^3 Δμ)/3ν  (2)
と表されます。
(2)をrで微分して0に等しいとおくと、ΔG(r)が極大をとるrの値が
r=2γν/Δμ  (3)
と求まります。
このrの値を臨界半径(臨界曲率半径)などといいr*で表します。これ以上大きいサイズの原子クラスター・分子クラスターであれば、大きくなればなるほど自由エネルギーが下がりますから安定して成長することができます。
Δμを大きくすれば、換言すれば過冷却度を大きくすればr*は小さくなり、確率的なゆらぎで発生した核は小さいものでも生き残れるようになります。よって水の場合、0℃ではすぐに凍らなくとも、-1℃、-2℃と温度を下げればΔμが大きくなり、ついには発生した核が安定して成長し次々と凍ることになります。これが過冷却現象の正体です。
核発生についてご興味があれば参考ページの[1]などもご覧ください。

ついでに、正しい知識について整理しておきましょう。
水を0℃以下の場所に置けばいずれはその場所と同じ温度になるのは確かです。そしてその温度になるのであれば、どれだけ時間がかかろうとも最終的には凍ります。大気圧で0℃以下の環境における水の安定相は、液体でなく固体だからです。「大気圧で0℃以下の環境で、液体の水は平衡状態にはない」なんて当たり前のことを言っているに過ぎません。
過冷却によって0℃以下の水が液体の状態を取りうるのは事実ですが、それは過渡的な現象に過ぎません。「いずれは」と言うなら仮に過冷却がおきようとも、水は最終的に「氷になる」というのが正しい帰結です。過冷却がおきたからといって、0℃以下の環境において水が安定相となることはあり得ません。

また過冷却の水が凍り始めれば確かに潜熱を放出し水の部分の温度は上がります。しかし水の部分の温度が0℃になったからといって凝固が停止するわけではありません。0℃(より厳密に言うなら水の融点)において、水と氷は任意の割合で共存できます。「過冷却状態の水の当初の温度によって、0℃になった時の氷水の氷/水の分量が違ってくる」というのは何かの間違いでしょう。水/氷の系と外界との間にエネルギーのやり取りがないなら分量は変わってきますが、今は「系を0℃に保つ」という条件を付けているのですから、系と外界との間にエネルギーのやり取りがあることは前提となっています。
「-80℃の過冷却状態の水なら、わずかの刺激で全部凍る」というのは間違いではありませんが、「-80℃より高温の過冷却状態の水なら、必ず水の部分が残る」というのは間違いです。上記と同様に外界との間にエネルギーのやり取り(具体的には系からの熱の排出)があるからです。外界とのエネルギーのやり取りがない(完全断熱条件)なら正しいです。

【参考ページ】
[1] 核生成 http://www.jsup.or.jp/shiryo/tenbo.html#h13
「第3章 無容器浮遊溶融プロセシング 資料(2)」のpdfファイルをダウンロードしてお読み下さい。

参考URL:http://www.jsup.or.jp/shiryo/tenbo.html#h13

過冷却がなぜ起こるのか?と問われれば、その答えは「融点以下の液相は固相として存在するのが熱力学的に最も安定だが、実際に凝固するためには「核発生」というきっかけが必要だから」という答えになります。

過冷却現象はエネルギー的な安定の観点からだけでは説明できません。動的な成長理論(核発生理論)を考えて初めて説明されます。
エネルギー収支からの検討は「ある温度(と圧力)のもとで、その物質はどんな状態として存在するのが一番安定か」を教えてくれます。例えば氷点下1℃なら「水は固体として存在...続きを読む

Q自由研究で、過冷却の事について調べています。ねらい(目的)や予想と考察で何を書こうか悩んでいます。ね

自由研究で、過冷却の事について調べています。ねらい(目的)や予想と考察で何を書こうか悩んでいます。ねらい、予想と考察で何を書けば良いか教えて下さい。出来れば、早目にお願いします。

Aベストアンサー

過冷却の目的は教科書から
予想はあなた自身の思うままに
考察は実際に過冷却を行って出た結果からあなたの考えを

自由研究はのちに大学ではレポートになります。その時に人に言われた予想、考察を書いていたのでは意味がありません。自由研究というまだ優しい間に「自分で考える」ということを学んだ方が後々楽になりますよ。
説教ではなく、アドバイスとして受け取ってもらえれば幸いです。

Q過冷却水とは?

0度以下になっても凍らない、過冷却水というものが出来ると聞きました。
この過冷却水に振動を加えると一気に氷になるそうです。
どうして過冷却という現象が起きるのですか?
また、何故振動を加えると一気に凍ってしまうのでしょうか?
どなたか教えてください、お願いします。

Aベストアンサー

 水というのは、実をいうと0度では凍らないのだそうです。
 水道水などの普通の水は、中に含まれる様々な不純物が刺激となって、0度で凍ってしまいます。

 ところが、その「刺激」がまったくない状態で凍らせた水(具体的にいうと、まったく衝撃を与えずに冷やした純水)は、「刺激」がないので-40度くらいまで凍らないのだそうです。

 で、どうして衝撃によって凍るのかというと、過冷却を起こした水は、冷たすぎて「氷になるためのエネルギー」が足りないのです。
 だから、それを外部から衝撃という形で与えてやることで、凍るのだそうです。
(なんか分かったようで微妙に意味不明な説明だな……)

Q中三生に、自由研究のテーマをお願いします。

こんにちは、中学三年生です。
今、自由研究で困っています。
自由研究は成績に大きく影響するので、なんとかよいものに仕上げたいと思っているのですが、テーマがどうしても思いつきません。
受験生で、競争が激しいので、あまり自由研究に時間をかけることもできません。
植物か環境に関係することを研究したいと思っているのですが、何かいいテーマはないでしょうか。
四つ切画用紙に四枚以上書かなければならないので、たくさんレポートの書けるもの、または関連するいくつかの研究を教えていただければありがたいです。
注文が多くて申し訳ありません。
別に当てはまらなくても構いませんので、何か教えてください。
お願いします。

Aベストアンサー

とりあいず僕が去年やろうかなぁと思ってたのを載せるんで参考にしてください。
1.動物の群れが形を変えるメカニズム
2.回転体が高重心ほど安定するのはなぜか
3.液体から固体になり、体積が減るとき、曲面になるのはなぜか
4.沸騰石を入れると突沸が起こらないのはなぜか
5.缶詰の缶を開けるときフタが持ち上がるのはなぜか
6.油を拭き取った後少し残るのはなぜか
7.消しゴムで消した文字が黒くにじむのはなぜか
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9.ガムとチョコを一緒にかむととけるのはなぜか
10.あたたまると体積が増えるわけ
11.硫酸をかけるとやけどするのはなぜか
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27.赤錆と黒錆は同じ錆なのに性質上の違いがあるのはなぜか
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29.手が冷えているときに熱い湯に手をつけると冷たく感じるのはなぜか
30.デジカメが被写体と背景に同時にピントが合うのはなぜか

32.カップ焼きそばの湯を流しに捨てた後ボコンと音がするのはなぜか
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Qどうしてジンジャーエールだけ過冷却状態になるのか教えてください。

先日,トリビアの泉でジンジャーエールを90分冷凍庫に入れたあとふたを開けると一気に凍るというのを見て,自宅でやってみると出来ました。じゃあ炭酸飲料なら何でも出来るはず,と思い,CCレモン,サイダーでやってみましたが,90分後には,凍ってしまっていました。どうしてジンジャーエールだけ,過冷却状態を保てるのか,どうか教えてください。

Aベストアンサー

こんいちは。
試してみるとうのは、大変大事ですね。
今、こうやって、ネットで簡単に調べられるようになったので、試す人が少なくなってます。

さて、この場合、「何が」「どの位」溶けているかで、過冷却の状態を維持しやすいかどうかが決まってしまいます。
一般的に、沢山の物が溶けてる方がよく、気体が溶けてるよりも固体(の物質)が溶けている方が、過冷却状態は維持しやすくなります。

サイダーでも砂糖などを沢山とかしてやると、同じ実験が成功するでしょう。
ただ、砂糖を溶かしたサイダーに炭酸を詰め込む方法が問題になりますけど。

たまたま、この実験では、ジンジャーエールに溶けている物質の種類と量が、その位の時間、過冷却の状態を維持できるものであったというのが答えになります。

Q自由研究を1日でおわらしたい

明日、提出らしく今日1日で終わらせれるような
自由研究のサイトなどおしえてくれませんか?よろしくお願いします

Aベストアンサー

1日で出来そうなものもありますよ。

http://kids.gakken.co.jp/jiyuu/

参考URL:http://kids.gakken.co.jp/jiyuu/

Q夏休みの宿題 税についての作文

夏休みの社会の宿題で、
「税についての作文」というものがでました。
一応、書いてみたので時間がある方は読んでいただけないでしょうか?
枚数は3枚以内ということで、これだと2枚とちょっとくらいです。
題名がまだ決まっていないので、もし何かあればお願いします!


 私は、正直に言うと、今まで「税」というものについてよく知りませんでした。
自分が払っている税金と言うと、消費税くらいしかないし、
その消費税は、何かを買うと付いてくるし、
「税金なんかなくて良いのに。なんで払うんだろう。」と思ったこともありました。
 そこで、税金の使われ方について調べてみました。
すると、税金は、私たちが毎日学校で勉強するために使われていたり、
私たちの生活や安全を守るために使われていることが分かりました。
また、税金によって、医療費が安くなっていたり、ゴミ処理がされているということも分かりました。
 もし、誰も税金を払わなくなったら、どうなるだろうか。
と考えてみると、
私たちが今まで当たり前のように通っていた学校には通えなくなってしまうし、
私たちはこれから安心して暮らしていけません。
税金がなくなっても、毎日学校で勉強をしようとすると、
私たち中学生は、月々約7万9千円、つまり年間94万3千円を払わなければなりません。
他にも、税金がなくなれば、警察・消防費として、国民一人当たり約4万5百円、
ゴミ処理費用として、国民一人当たり約1万7千9百円を払い、
医療費は今よりも高くなります。
これらは、税金を払っている今は、税金によってまかなわれているのです。
そう考えると、税金は私たちにとって、とても必要なものだと思います。
 今まで、「税について知りたい!」とか「税金は必要だ。」と思ったことは
一度もありませんでしたが、今回調べて、税についてよく分かったし、
税金は必要だと思いました。
私たちは、いつも「勉強したくないなあ。」と思いながら学校に通っていますが、
こうして、当たり前のように毎日学校で勉強ができるのも、
税金があるからできるのだと分かりました。
 私たちはまだ、税金を払う立場ではなく、税金を使う立場の方です。
税金によって、私たちは色々な面で支えられています。
日本全国の人々が、税金を払い、
その税金によって、私たちは支えられています。
だから私も、将来、もっと税金を払うようになったら、
他の人たちを支えたいと思います。

夏休みの社会の宿題で、
「税についての作文」というものがでました。
一応、書いてみたので時間がある方は読んでいただけないでしょうか?
枚数は3枚以内ということで、これだと2枚とちょっとくらいです。
題名がまだ決まっていないので、もし何かあればお願いします!


 私は、正直に言うと、今まで「税」というものについてよく知りませんでした。
自分が払っている税金と言うと、消費税くらいしかないし、
その消費税は、何かを買うと付いてくるし、
「税金なんかなくて良いのに。なんで払うんだろ...続きを読む

Aベストアンサー

>消費税くらいしかないし、
>よく分かったし、

この「~し、」というのを書き直しましょう。
作文ではあまり使いたくない言葉使いです。

税金というと、一番身近なのは消費税でしょうか。
良くわかりました。

>だから私も、将来、もっと税金を払うようになったら、
>他の人たちを支えたいと思います。

この部分が???となる文章でした。
税金を払うことに支えるとありますが、何を支えるのかを書く。
または最後の〆の言葉自体を変更してもいいかもしれません。


これくらいでいいと思います。
中学生なので十分ではないでしょか。

Q中3の自由研究(理科)のネタ

中学3年です。自由研究でいいネタはありますか?
あったら、是非教えていただけないでしょうか。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

No.2で回答した者です。
どうやってまとめたらよいのか、と聞かれたので付け足し程度に回答させていただきますね。


私のまとめた方法を紹介したいと思います。
他の人のまとめかたを知りませんが、恐らく一般的なまとめかただと思われます。

(1)実験の準備物を書く。

(2)実験の手順を写真などを使って書く。
 (例えば、(1)酢をグラスに入れる。と書きその写真を下に貼る。みたいな)

(3)実験結果を写真を使って書く。
 元の卵と比較したりするといいと思います。
 あと、殻を溶かした卵も膜を破っても中身にはきちんと黄身が入ってるとかの写真を貼ったりしてもいいかも。

(4)その現象が起こる理由(原理?)を書く。
 どうして酢と卵の殻が反応するのか、みたいな。
 調べると出てくると思います。

(5)感想

(6)参考文献
 何かの本を参考にしたならばその本の題名を。ホームページを利用したのならばそのホームページ名とかを書きます。


私は図書館にあった本を参考に実験しました。
サイトを見て解らないところ、特に原理が解らないならば図書館で調べてみるといいと思います。
自由研究の本やおもしろ実験みたいなタイトルの本には多分載ってると思いますので。
載ってなかったらごめんなさい><

あとスペースが埋まらないならば写真で場所取り・・・なんてせこい真似も私やってたりしましたね;;

No.2で回答した者です。
どうやってまとめたらよいのか、と聞かれたので付け足し程度に回答させていただきますね。


私のまとめた方法を紹介したいと思います。
他の人のまとめかたを知りませんが、恐らく一般的なまとめかただと思われます。

(1)実験の準備物を書く。

(2)実験の手順を写真などを使って書く。
 (例えば、(1)酢をグラスに入れる。と書きその写真を下に貼る。みたいな)

(3)実験結果を写真を使って書く。
 元の卵と比較したりするといいと思います。
 あと、殻を溶かした卵も膜を破っても中身...続きを読む


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