2017 Fiscal Year Research-status Report
An application to teaching materials of heating and melting experiments using microwave oven
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17K01062
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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, 講師 (30508867)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光の干渉色 / 教材 / 酸化被膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子レンジの出力の違いによって，金属加熱融解を行うための照射時間は異なる．一般家電に使用される500W～1000Wの電子レンジを用いて，マイクロ波照射時間を系統的に変化させ昇温速度を調べたところ，加熱容器（ムライトるつぼ）は急激な温度変化に耐えられず破損しやすい．ムライトるつぼは安価で扱いやすいが熱衝撃に弱いため，耐熱るつぼ（チタン酸アルミナるつぼ）を用いた場合，昇温速度が遅くなり，合金の酸化被膜形成を観察する650℃以上にするためには加熱時間を長くする必要があった．また，急激な温度変化による衝撃をうけるため，繰り返しの使用には耐えられなかった．るつぼは消耗品であるため，安価なムライトるつぼを用いた実験方法の確立が教材開発には適当であると判断した．加熱媒体として酸化銅(Ⅱ)と炭素粉末を用いて加熱時間と昇温速度を比較検討した．加熱温度1000℃以上では酸化銅(Ⅱ)の一部が還元され酸化銅(Ⅰ)が生じることを確認した．
ターンテーブル型・フラット型などの機種の違いに応じた家庭用電子レンジの加熱ムラを調べた結果，フラット型は設置場所により加熱ムラが大きく，実験結果にばらつきが生じる原因になった．しかし，高温になった加熱装置を電子レンジ庫内から取り出す場合，フラット型では設置場所が固定されているためターンテーブル型に比べ安定しており，安全性が高い．小中高校で電子レンジを用いる場合，これらの点についても考慮する必要がある．
Sn-Zn合金の干渉色は，分光器を用いて発色している金属酸化被膜のスペクトルを測定した結果，観察される干渉色とそのスペクトル分布がほぼ一致することを確認した．今後は，Microsoft Excelを使って，金属膜の膜厚と屈折率を入力すると，観察される干渉色とそのスペクトル分布がグラフ表示される「スペクトラムシミュレータ」を作製する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
電子レンジの機種の違いによる加熱ムラと昇温速度の測定実験は、計画通りに進めることができた。今後は、急激な温度変化により容器（るつぼ）が破損しやすいため、加熱装置の改良を検討している。合金の干渉色は分光器を用いてスペクタクル分布図を試作することができた。Microsoft Excelを使って，金属膜の膜厚と屈折率を入力すると，観察される干渉色とそのスペクトル分布がグラフ表示される「スペクトラムシミュレータ」は、進行中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
家庭用電子レンジを用いた金属の加熱は、1000℃以上の高温になるため安全面に配慮した実験装置が必須である。また、試薬を入れる加熱容器は耐熱衝撃への耐久性とコスト面のバランスを考えて改良を行う予定である。
金属膜の膜厚と屈折率を入力すると，観察される干渉色とそのスペクトル分布がグラフ表示される「スペクトラムシミュレータ」作製のため、SEMを用いた金属の酸化被膜の膜厚測定を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
予想より消耗品（るつぼ）の破損が激しかったため、翌年度分として使用することとした。
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