An application to teaching materials of heating and melting experiments using microwave oven
| Project/Area Number |
17K01062
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Research Field |
Science education
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| Research Institution | Oita National College of Technology |
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Principal Investigator |
二宮 純子 大分工業高等専門学校, 一般科理系, 准教授 (60632726)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 崇寿 大分工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (30508867)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2018: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 電子レンジ / 合金 / 教材化 / 光の干渉 / 教材 / 酸化皮膜 / 光の干渉色 / 酸化被膜 / 金属の加熱融解 / 干渉色 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Sn-Zn合金の酸化皮膜による光の干渉実験について、加熱時における熱衝撃を緩和する実験装置を作成することで課題を克服することが可能となった。また、電子レンジを用いた金属の加熱融解は、マッフル炉および電気炉を用いた条件と比べ、加熱時の酸化を抑制するため、加熱後の空気酸化に伴う被膜の膜厚形成とその構造色の関係を理解するのに適当であることがわかった。
また、SEMで観測した金属の酸化皮膜厚の結果に基づき、膜厚と干渉色の関係をシミュレーションした。SEMは高価で普通科の中等教育機関には設置されていないため、膜厚を測定する簡易な方法として、四端子測定した。その結果、抵抗値と干渉色に相関関係が確認できた。抵抗値によって金属の酸化皮膜厚を予想することが可能であることが示唆された。
本研究が提案する電子レンジを用いた金属の加熱融解を発展させ、塩化ナトリウム塩などの中性塩の融解を試みたが、加熱時間を30分に延長しても全融解が困難であった。本研究の加熱装置では、電子レンジで1,200℃まで対象物を加熱できることを確認している。しかしながら、塩の融解実験への応用には加熱装置の保温条件にを検討する必要があると考えている。
電子レンジを用いた金属の加熱融解実験は、加熱10分、観察に3分ほどで合計15分以内で実験が完了する。また、熱衝撃加熱装置は3Dプリンターで作成した鋳型を用いて耐熱コンクリートで作るため、10回以上再利用しても破損することはなく、低コストで安全に実験することが可能であった。本研究が提案する「電子レンジを用いた金属の加熱融解実験」は、低コスト、短時間かつ安全に実験できる方法と展開することが期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
計画していた公開実験等がコロナ感染症対策のため全て中止となったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究が提案する実験について実験テキストの制作をすすめている。今後は、実験を動画撮影し、ICTを活用した演示実験を試み、子どものアンケート調査を実施し、本研究成果を学会活動で報告する計画である。
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Report
(6 results)
Research Products
(11 results)
