反射熱の実験について

Question

中学三年生で高峰賞というものを受けようと思います。
高峰賞については詳しいことは話しませんが、まぁ科学実験をして
優秀者には賞をあげますというようなものです。

ここで、反射熱というものを調べようと思うのですが、
実験の方法について質問いたします。

～内容～
コンクリート、アスファルト、土、草の生えた土
の４種類ほどの素材を集めます
※ここでアスファルトは簡単に得ることはできないと思いますので
これだけはもともと地面にあるもので妥協します。

それぞれを同じ地点に１～２ｃｍ間隔で置き、風の影響を受けると
色々まずいと思いますので（★１）風をさえぎるなにかでさえぎろうと思います。

太陽に１１時～１４時の間だけ当てます（この時間帯が一番暑いと考えるからです）

そして１１時をスタートとしてできるだけ正確な結果を求めるため、
１０分おきに温度計で
１、地面から３ｃｍほど（反射の度合いを確かめる）
２、頭の高さほど（気温）

で温度を確かめます。

予想としましては、（★２）反射熱が一番大きいのはアスファルト、コンクリート
でその次に土、一番すずしいのは草の生えた土だと考えています。

とても長くなったのですが、まだ聞いてください　　m´・ω・｀)m ゴメンナサイ

（質問）
１、★１について
　　風をさえぎるものと書きましたが、太陽の熱をさえぎってしまっては
　　本末転倒です。　なので何が最適か教えてください!
　　または、風はさえぎる必要ないよ！　という場合はその理由を教えてください

２、★２について
　　この予想はあたっていますか？
　　この実験の結果からなにかに派生しようとおもいます。
　　なので、最初からその計画が立てられるとうれしいので、予想があたっていないと
　　いけません。

３、その後の派生について
　　質問２でもいいましたが、高峰賞ではその後の考察などが良く見られるとの事です。
　　なので、この実験をやっても、

考察！　アスファルトは暑い！(ＴεＴ；）
　　ってなっちゃいますので、

この実験に関することで他に調べたらいいもの、
　　考察しやすいアイデアを何か提供してくださるとうれしいです！

～以上です～
全部答えてくれる方が一番うれしいですが、
「は？コイツ何行ってるかさっぱり・・・？！」って方は質問３だけでも
答えてくれたら本当にうれしいです！

そして私ばか者なので、この実験実はもう終わっていないといけないはず
だったのですが、まだ始まってもいません汗汗

なので、こんな長文ですが
早急な回答を求めています！
お願いです　助けてください！！！！

長文を最後までよんでくれてありがとうございました。
引き続き回答おねがいします！(。＞0＜。)

anachronism · Accepted Answer

正直、科学実験の計画としては落第点です。中学三年生とはいえ、もう少し「科学的な視点」が必要です。

まず、「反射熱」というのがなんだかはっきりさせるべきです。

というのは、「反射熱」というのは「輻射熱」と「反射光」のどちらを指すのかよくわからない言葉です。

つまり、一度地面に吸収された熱エネルギーが、赤外線となって放射されるのが「輻射熱」で、太陽の光が地面に吸収されずに反射されるもの、いわゆる「照り返し」が反射光です。太陽光からのエネルギーの伝搬という意味ではどちらもありますから、それぞれ分けて考えるのか、これらの効果を合わせて考えるのか、あらかじめ定義しておかないとなんだかよくわからなくなります。

それから、温度計で測るというのは何を測りたいのでしょうか。
輻射熱にせよ反射光にせよ、空気にはほとんど吸収されません。輻射熱や反射光は、空気ではなく人間や服、ベビーカーなどに当たると、そこで人間の肌に吸収され、熱になります。一般に、照り返しなどで問題になるのはこちらの熱です。ですが、これらは何かに当たって吸収されないと熱になりません。ですから、空気の温度をいくら測ってもこれらの熱を評価することはできないはずです。
地表付近の温度を測ってわかるのは、太陽光に熱せられた地面に暖められた空気の温度です。つまり輻射熱と反射光のどちらとも違う現象（対流熱伝達）による熱と考えられます。

つまり、あなたは「反射熱」の実験と言いながら、実は「対流熱」を調べようとしていたことになります。

太陽光から地面を経由して人間に届く熱には、主だったものだけでも
○太陽光が地面に反射され、人間に当たって吸収される熱（反射光）
○太陽光が地面に吸収され、赤外線となって放射され、人間に当たって吸収される熱（輻射熱）
○太陽光が地面に吸収され、地表付近の空気を暖め、熱気となって立ち上り人間に届く熱（対流熱）
の、３つが考えられ、これに
○太陽から直接人間の肌に当たる光が伝える熱（直接伝達熱）
も加わります。
さらに、あなたが指摘するように
○風が持っていく熱
もあるわけです。

で、あなたが今回実験の対象としたいのは、このうちどれでしょう。

そもそも、あなたはなぜそういう実験をしようとしたのでしょう。

実験にはいろいろな種類のものがありますが、何か「明らかにしたいこと」があるはずです。そして、その明らかにしたいことを明確にして、そのためにはどうすればいいかを考えるのが実験の始まりです。

たとえば、「夏、アスファルトの道を歩くとなぜこんなにも暑く感じるのか」がテーマだとしたら、アスファルトの道を歩く人が受けるであろう、あらゆる熱を考えます。で、それらの条件をできるだけいろいろなバリエーションで変えてみるわけです。つまり、人間の代わりの人形に温度計をくくりつけ、「そのままアスファルトにおく」「日傘をさす」「アスファルトではなく草地に置く」「地面から離す」「白い紙の上に置く」「黒い紙の上に置く」「川の浅瀬の上に置く」「風のある日に測る」などして、それぞれ温度の違いを調べます。そして、その結果を見て、どうしてそうなるのかを考えるのが「考察」です。

たとえば、白い紙の上では反射光が強く、輻射熱と対流熱は小さいと予想されます。黒い紙の上では、反射光は小さく、輻射熱と対流熱が大きいと予想されます。はたして人形はどちらの方が熱くなるでしょう。

科学実験というのはそういうものです。実験というのはお金も時間もかかります。だから、実験する前にも様々な影響を十分に考えて、その結果がこうでたらこういう結論になる、あるいはこれはこうこうの理由でこうなるはずだ、というのを考えておかねばなりません。そして、その結果が予想通りなら、あるいは予想と違っていればなおさら、その後の考察で「成果」が得られるのです。

とにかく、科学実験のなんたるかをもう一度よく考えることです。

bettybanana · Answer

１、ボンドなどの接着を使うことをお勧めします。出来ない場合は、周りを壁で囲いガラス張りなどして、風の影響をうけないようにするべきかと・・

２、反射熱というよりは、放射熱量を計算すべきかと思います。実験しなくても、環境や建築部門で、データは既に整っているはずです。材料ごとに、熱伝導率など特性とか性質が違いますし、表面色の影響や塗料材質の影響なども、かなり数値としては現れると思いますよ。

３、まずはしっかり固定できる事、また不必要な場合は、簡単に取り除けるような日傘のようなものがあると熱の影響は取り扱いやすいと思います。最近はソーラーパネルの設置が多くなって来てますから、併用できると良いのかも・・

key00001 · Answer

１、★１について

透明なビニルなどが良いと思います。
同条件でテストすれば、比較試験にはなるので、風は関係無いと考えても良いです。

２、★２について

理屈上は、その順で有ってると思いますが、ちょっと難しい実験だと思いますよ。

芝生とアスファルトなどは別として、余りハッキリわかる差が出てこない実験では？と思います。
地面から３ｃｍでは、アスファルトとコンクリなどは、余り大きな差が出ないかも知れません。
判りやすい差が出る条件を探すのが、難しいと思います。

まず水分には注目しましょう。
水が蒸発する際、沢山の熱を奪います。
植物は水を含むので、温度が上がりにくいと考えられます。

逆に、水を利用して、それぞれに同じ量の水をかけ、どの程度、冷却するか？とか、どれくらいの時間で元の温度に戻るか？などの実験をしても、差が出てくると思いますので、面白いかと思います。

後は、それぞれの主成分を調べてみましょう。
鉄板やガラスなど、全く成分が違うモノを含めたら、差が出てくるかも知れません。
これはちょっと難しいですが、比熱（温まりやすさ）が影響しています。

比重とか、重さも関係がありますよ。
同じ大きさなら、比重が大きい方が、温まりにくく冷めにくいです。

同じ大きさのレンガと鉄とかがあれば、それを比べたら、比重が関係していると言うことが考察出来るかもしれません。

重さは、台の上にコップとバケツを置き、それぞれに水や土を入れて、比較してみても面白いかも。

色も関係しますね。
白っぽい色は、太陽光を反射しやすく、黒っぽい色は吸収しやすいので、コンクリはアスファルトより温まりにくいと考えられるのですが・・・。
でも、あくまで理屈上であり、実際の実験では、差が付きにくい様な気がします。

e_16 · Answer

１．コンパネ、ベニア板
２．さぁ？どうでしょう。実験ですから結果から何かを導きだしましょう。
想定から導くのはダメよ
３．温度の違いから何を求めるのかを考えましょう
地球温暖化をどーやって防ぐのかを考えるとか
夏を涼しく過ごす工夫でもいいし、色々考えましょう

温度の測定の方法の工夫

それぞれの材料の路面から３ｃｍ上の温度ですが、温度計に上から当たる光を遮らないと（さえぎらないと）反射の温度が測れませんので（そのままだと上からの温度＋反射の温度の合計を測ってしまう）その工夫が必要ですよ。

アスファルト（アスファルト補修材で代用）
http://www.komeri.com/disp/CKmSfGoodsPageMain_001.jsp?GOODS_NO=112265

コンクリート（セメントがホームセンターで売っている）

土（どこかから取ってくる）

草の生えた土（地上３ｃｍの測定位置だと、草に埋もれない？）

反射熱の実験について

正直、科学実験の計画としては落第点です。

１、ボンドなどの接着を使うことをお勧めします。

１、★１について

１．コンパネ、ベニア板

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