ガソリンの燃焼実験について

Question

今、教育実習で中学校に行っています。
教えている教科は技術です。

2年生のエネルギー変換の実験なんですが、教科書では硬質ビニル管にガソリンを1,2滴入れ、圧電素子で火花を散らして爆発させて、先に詰めたコルクを飛ばす実験があります。

私は炭酸のペットボトルに穴を開け、ライターの圧電素子を挿入してやっています。
しかし、あまり成功しません。
たま～に成功するのですが…

一回授業で失敗して、子ども達をがっかりさせてしまいました。

そこで、ガソリンの性質などを考慮して、どういうところを改善したらいいかアドバイスお願いします。

htms42 · Accepted Answer

２つ可能性が考えられます。
ガソリンの量と点火装置です。

１,２滴というのが少ない可能性があります。
「たまに成功することがある」ということですから近い条件になっているはずです。
３滴、４滴、５滴と調べられましたか。

コルク栓を飛ばすということですからただ燃えたというのでは「うまくいかなかった」という場合になるでしょうね。
燃えるだけというのもあったのでしょうか。
多いとただ燃えるだけというのが起こりやすいです。
コルク栓が飛ぶというのは急激な体積膨張が起こった場合です。一度に全面に広がるような燃焼が起こっています。これは完全燃焼の場合に起こります。その近くの条件を探る必要がありません。

私はのりの缶とプラスティックスの蓋でやっていました。硬式テニスのボールの容器でもやりました。缶の下の方に穴を開けてマッチで点火していました。
エタノールの場合で書きます。
試験管に１～２ｍｌ入れて生徒に見せます。
缶に全部入れて缶壁をぬらすようにぐるぐる回します。
缶をサカサマにして液体のエタノールをを全部すてます。よく振ってしずくも落とします。息を吹き込むこともあります。これでもエタノールが多いときがあります。

蓋をして下にあけた穴にマッチの火を近づけます。
穴の近くのエタノールに火がつきます。
ボンという音で蓋が吹き飛びます。

エタノールの量が多いと火がついてから蓋が飛ぶまでの時間に差が出ます。穴のところでだけ燃えます。しばらく燃えてエタノールの量が少し少なくなったところではボンと行きます。穴から炎が噴き出しているときもあります。蓋が飛んでしまった後の缶の中で残ったアルコールが燃えているときもあります。

圧電素子での電気火花はマッチを使う場合に比べて条件の幅が狭い可能性があります。
混合気体の内部に放電部を入れてしまっていますから放電部分での混合比が燃焼範囲に入っていなければ火がつかないのです。
穴の近くでの燃焼、全体の燃焼という２段にはならないので調整が難しいのです。
（圧電素子でやる方が条件の幅が狭いです。その分うまくいくと大きな音がするようです。マッチでやる場合は調整機能がついていますから幅が広いです。その場合、燃焼限界の端の条件ということになってしまいます。）

缶に開けていた穴は直径が５ｍｍほどでした。

参考になりますでしょうか。

この実験に先立ってガソリン、灯油の燃焼もやっていました。
ビーカーにガソリンを入れて火のついたマッチを近づけます。すぐに火がつきます。ろ紙を乗せるだけで火が消えます。酸素がなければガソリンも燃えません。紙一枚でも消すことが出来ます。
・紙を使うのは演出です。シャーレの蓋を使うのが安全です。
・一応、トラぶったときのためにぬらした雑巾をそばにおいておくほうがいいでしょう。

灯油の場合はマッチでは火がつきません。バーナーで温めてやらないと駄目です。
・普通の温度では灯油では引火が起こりませんのでバーナーも使うことが出来るのです。（もしこういう条件で引火が簡単に起こるのであれば台所で石油ストーブを使うということは出来ないということになります。）
・でも実際はバーナーは使っていません。マッチを放り込んでも火がつかないということを見せるだけです。バーナーを使っていた時期もありますがやはり、神経を使います。消すのも面倒です。

ガソリンの入ったビーカーにフィラメント式、または放電式の点火器を近づけてどこでスイッチを押すと火がつくかも調べています。液面のすぐ近くでは火がつきません。スイッチを押したまま液面から徐々に離していくと火がつきます。液面近くではガソリンの蒸気濃度が高いですから酸素不足になっています。濃すぎても薄すぎても駄目なんです。

こういうことの後に「ボン！」をやっていました。

Feb12 · Answer

その筋の者ではありませんから、あくまで考えるとっかかり程度で。

可燃性ガスは一定濃度にならないと爆発（火炎の伝播）が起こりません。
５００ｍｌの空気に対して、１～２滴で濃度が低すぎないか？という疑問があります。
やるなら、ガソリン増やすのは危ないかもしれませんから、体積を減らす方向で。

普通に考えれば、比重が空気より重いガソリンは下に溜まりやすいと思います。濃度に偏りがありすぎてはダメですから、上下入れ替えるように振って拡散させるとよいかも。

rukuku · Answer

こんばんは

まず注意していただきたいのは、この実験でペットボトルの強度が足りないと、ペットボトルが破裂して、ケガやヤケドを負う人が出るおそれがあることです。

似たような事例で、フラスコに水素を詰めて点火したところ、フラスコが耐えきれず、破片でけが人が出たという話を聞いたことがあります。

安全には十分注意してください。


「教える」という経験をしている立場からのアドバイスです。
＞一回授業で失敗して、子ども達をがっかりさせてしまいました。
手順通りにやって見せたのでは生徒さんの印象には残りません。
それよりも、うまくいかなくて、いろいろと試してみて、やっとうまくいった、という経験が大事です。

IdleMaster · Answer

垂らしたあと、そのまま着火ですか？

着火前にペットボトルを転がしたり、軽く暖めたりして
ガソリンを気化させてみてはどうでしょう？

ガソリンの燃焼実験について

２つ可能性が考えられます。

その筋の者ではありませんから、あくまで考えるとっかかり程度で。

こんばんは

垂らしたあと、そのまま着火ですか？

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