An application to teaching materials of heating and melting experiments using microwave oven

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K01062
• Research Institution: Oita National College of Technology
• 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 電子レンジ / 金属融解 / 教材化

Outline of Annual Research Achievements

電子レンジを用いた金属の加熱融解では、耐火コンクリートを用いた熱緩衝装置にるつぼを設置することによって熱衝撃を緩和でき、安全に実験できることが確認できた。マイクロ波の熱吸収体である酸化銅（Ⅱ）は電子レンジ加熱後に赤変しており、酸化銅（Ⅰ）に変化した。このことから、加熱装置内では酸化銅（Ⅱ）が1000℃以上になり酸素を放出して酸化銅（Ⅰ）になることが推察できた。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（融点　800℃）の中性塩の融解を試みた。塩化ナトリウム結晶を微粉末にすることで融解を確認できたが、電子レンジから取り出すと一気に600℃前後まで急激に温度が低下し、融解液の状態を観察することはできなかった。
電子レンジを用いた金属の加熱融解実験は、申請者が所属する高専の科学クラブの学生を対象にして実施した。その結果、学生は電子レンジを用いて安全に金属を加熱融解できることに驚き、Sn-Zn合金の酸化皮膜形成による呈色とそのスペクトラム分布の相関関係から構造色について理解を深めることができた。本実験をもとに、学生はビスマス（融点　271℃）の人工結晶が加熱溶融後の結晶成長過程で生成される薄膜干渉の探究活動へ発展することになった。
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、安価で安全に実験できる方法であり、子どもと干渉色の現象を向き合わせるための実験教材として有用であることが示された。