カテゴリー「理科教育」の22件の記事

2022年9月 2日 (金)

図解入門よくわかる最新プラスチックの仕組みとはたらき[第4版]

図解入門よくわかる最新プラスチックの仕組みとはたらき[第4版]

秀和システム 桑嶋幹・木原伸浩・工藤保広

 久しぶりに書籍の紹介です。この本は書籍としては新刊ですが、初版2005年7月、第2版2011年9月、第3版2019年9月と内容が更新され続けています。今回出版されたのは第4版です。

 ここ数年でプラスチックを取り巻く環境は大きく変化しています。プラスチックの自然環境や資源問題への影響が注目され、新たな法整備も進みました。

 この本はプラスチックの基礎(第1章)・合成(第2章)・用途(第3章、第4章)・新技術(第5章)・環境問題(第6章)について最新の情報が網羅されている入門書です。プラスチックの合成方法の解説では難しい化学式を使わずに様々な重合を解説しています。プラスチックの利用や環境問題に関わる統計データも最新のものに更新されています。

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 私たちの身の回りには、日用品や家電品、自動車や飛行機などプラスチックが使われているものがたくさんあります。ところがプラスチックをどうやって作るのかなどその詳細は、あまり知られていません。本書は、プラスチック(合成樹脂)の種類や特性、用途などをやさしく解説した入門書の第4版です。新しく施行された「プラスチック資源循環促進法」やSDGsに対応した、新しい生産・分解技術についての解説を追加しました。


目次

はじめに

第1章 プラスチックとは何か

1-01 プラスチックを探してみよう
1-02 そもそもプラスチックとは
1-03 人類とプラスチックの関わり合い
1-04 プラスチックの発展(合成樹脂の利用)
1-05 プラスチックはどのような物質か
1-06 プラスチックの種類と性質
1-07 プラスチックの見分け方(用途や品質表示)
1-08 プラスチックの見分け方(化学分析)
1-09 広がるプラスチックの利用

第2章プラスチックができるまで

2-01 プラスチックのもと(モノマーとポリマー)
2-02 手をつなぎ変えながら伸びていく重合(付加重合) 
2-03 手をつないで伸びていく重合(縮合重合)
2-04 どうすれば長くなるか
2-05 プラスチックの性質を決める(分子間相互作用の重要性)
2-06 2種類以上のモノマーやポリマーを使う(共重合とポリマーアロイ)
2-07 プラスチックに形を与える(成型)
2-08 熱による成型方法いろいろ
2-09 融けないプラスチックを作る(架橋)
2-10 ゴムとエラストマー
2-11 樹脂
2-12 プラスチックの大部分はプラスチックではない!
2-13 発泡体

第3章 私たちの暮らしとプラスチック

3-01 家庭用品には汎用樹脂が活躍
3-02 文具では用途に合わせて様々な素材が活躍
3-03 家電製品はメンテナンスが少なくてすむ素材が活躍
3-04 包装はプラスチックの最も大きな利用先 
3-05 衣料には適度な強度と肌触りが大事(合成繊維)
3-06 軽くて高機能なメガネ、コンタクトレンズ
3-07 錆びない材料で維持しやすい住居
3-08 スポーツ、レジャーでは軽くて強い素材が活躍
3-09 子どもが安心して遊べる素材を
3-10 携帯電話、スマホ、タブレットにもプラスチックを幅広く活用

第4章 産業で活躍するプラスチック

4-01 自動車では内装からエンジンルームまで幅広く使用
4-02 鉄道車両とプラスチック
4-03 駆体は鋼板から繊維強化プラスチックへ(船舶、航空機)
4-04 スポーツ施設で活躍するプラスチック
4-05 実は軽くて強い発泡スチロール(土木) 
4-06 季節に関わらず様々な食材を得るために(農業、水産業)
4-07 風雨などから素材を守る(塗料)
4-08 飛行機の構造材から付箋紙まで様々なものを結ぶ(接着剤)
4-09 自然エネルギー利用で活躍するプラスチック(風力発電、太陽光発電)
4-10 電子回路を使用した製品で活躍するプラスチック
4-11 医療用器具で幅広く使用されるプラスチック

第5章 進化するプラスチック

5-01 光とプラスチック(透明性と光応答性)
5-02 音とプラスチック(防音と発音)
5-03 包装を変えたプラスチック(食品はもう腐らない)
5-04 医療を変えたプラスチック(衛生と生体適合性)
5-05 微生物や光で分解するプラスチック(分解性材料)
5-06 プラスチックによる構造材料(強力なだけではなく)
5-07 電気と磁気とエネルギーとプラスチック
5-08 薄皮 1 枚で分ける(膜分離)
5-09 プラスチックを印刷する(3D プリンター)

第6章 プラスチックの課題と私たちの生活

6-01 プラスチックがもたらすもの
6-02 プラスチックの安全性
6-03 プラスチックと資源問題
6-04 プラスチックと環境問題
6-05 プラスチックとごみ問題
6-06 プラスチックのリサイクル
6-07 容器包装リサイクル法とは
6-08 ペットボトルのリサイクル
6-09 科学と技術でプラスチックの課題を解決することができるか 
6-10 持続可能な社会とは
6-11 心豊かで快適な暮らしを続けるために

索引 
参考文献

コラム

・目的によって作り出される複合材料
・高分子の概念を提唱したヘルマン・シュタウディンガー
・レゾール型とノボラック型のフェノール樹脂
・赤外分光法 
・超高分子量ポリエチレンとゲル紡糸法
・ポリマーアロイがもたらしたエンジニアリングプラスチック、PPE
・アクリルとは
・架橋と紙おむつ
・フッ素樹脂で加工した調理器具
・プラスチックと金属の表面の違い
・不織布マスクにもプラスチックが活用されています
・プラスチックボディの車?旧東ドイツのトラバント 
・接着剤による接着の仕組み
・太陽電池(PN 接合型太陽電池と色素増感太陽電池)
・高分子圧電材料
・プラスチックによる電線の被覆
・インテリジェント材料
・レジ袋に使われている原油の量
・洗濯バサミがバラバラに崩れる理由は?
・二酸化炭素からプラスチックの合成
・ゴミ収集車
・有害廃棄物の国境を越える移動及びその処分の規制に関するバーゼル条約 
・生分解性プラスチックは環境にやさしいと言えるか? 

出版社 :秀和システム; 第4版 (2022/8/31)
発売日 :2022/8/31
言語  :日本語
単行本 :318ページ
ISBN-10:4798068292
ISBN-13:978-4798068299
寸法  :14.8 x 2.3 x 21 cm

図解入門よくわかる最新プラスチックの仕組みとはたらき[第4版]

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2022年6月18日 (土)

【おもしろ映像】消える水・高吸水性高分子を使ったマジック 

 コップを3つ用意し1つに水を入れます。コップの水を別のコップに移し替えてコップをシャッフルし、どのコップに水が入っているのか当ててもらいます。すべてのコップをひっくり返しても水は出てきません。いったい水はどこに行ってしまったのでしょう。

 定番のマジックですが最後に透明なコップで種明かしをしてくれています。実はコップの中には水を吸収する高吸水性高分子の粉が入れてあったのです。

 コップの中が見えないだけで不思議に見えてしまいます。マジックのな~んだというトリックとそのトリックが起こす現象の不思議さ実感することができます。

Science Magic 1 - Vanishing Water

 

【関連記事】

紙おむつや止水材が大量の水を吸収できる仕組み

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2022年6月 6日 (月)

【おもしろ映像】内部に入れそうな鏡

 この鏡は見るからに普通の鏡なのですが奥行きがあるように見えて内部に入ることができそうです。

Infinity Mirror(無限の鏡)
Infinity Mirror(無限の鏡)

 この鏡は普通の鏡とマジックミラーを重ねて内部にLEDを組み込んだものです。マジックミラー側からのぞくと光が無限に続くように見えます。このような鏡を「Infinity Mirror(無限の鏡)」と言いますが内部で反射を繰り返して無限の世界を表現しています。下記の映像を見ると鏡に写真のような奥行きの厚みがないことがわかります。

My Infinity Mirror

 「Infinity Mirror(無限の鏡)」の世界は2枚の平面鏡を向かい合わせた「合わせ鏡」でも見ることができます。さて、この鏡の無限の世界はどこまで続くのでしょうか。本当に永遠に続いているのでしょうか。その答えは下部の【関連記事】を参照してください。

【関連記事】

鏡の中の世界はどこまで続くか

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2022年5月26日 (木)

地の果てはどれくらい先にあるか|地平線や水平線までの距離

 散歩しているとずいぶん遠くの景色まで見えるなあと思います。そこで考えてみたのが、地平線、水平線が見える場所に人が立っているとき、その人が見ている地平線や水平線はどれぐらい先にあるのかということです。

夕焼け空に飛行機雲
夕焼け空に飛行機雲

 今さらそんな問題?という感じもしますが、次のような図を描いてみました。立っている人の身長は170 cmとして計算してみました。

地の果てはどれぐらい先にあるか
地の果てはどれぐらい先にあるか

 地球上のある地点に立っている身長170 cmの人が見える地平線は、その人が立っているところからθ度分だけ離れたところということになります(わかりやすくするため、実際のスケールとは違います)。

 人、地平線、地球の中心が作る直角三角形に注目し、身長と地球の半径を考慮し、三角関数を使うか、三平方の定理を使えば、θが求まります。ここでは三角関数を使ってみましょう。

 cosθ=底辺/斜辺ですから、この場合には、cosθ=地球の半径/(地球の半径+身長)ということになります。

  cosθ=6380/(6380+0.0017)

  θ=0.042度

 地平線の位置は θ/360×地球の円周(2πr) で求めることができます。

  地平線の位置 = 0.042/360 ×40000 km

 答は 4.7 km すごい近い。

 つまり速歩きで1時間ほど移動すればそこが地の果てということになります。

 たとえば海でボートに乗っているときには遠くの船は見えない。非常に狭い範囲しか見渡せていないことになります。

 遠くまで見えるようにするためには、高いところに昇る必要があります。10 mの高さの場合は、θ=0.1度になり、地平線は約11 km先、高さ100 mで約35 km先です。

 上の図を応用すると、富士山は何キロ先まで見えるかとか、高度10000mを飛んでいる飛行機が地平線や山に隠れて見えなくなるとき、その空は何キロ先なのかというのが計算できます。

 スカイツリーの展望台からどれぐらい先まで見えるかについては下記の関連記事に計算がまとめてあります。

【関連記事】

東京スカイツリーから見える地平線までの距離

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2021年3月17日 (水)

東京ドーム1個分って?|東京ドームがオープン(1988年3月17日)

 1988年3月17日、後楽園球場の代替球場として建造された東京ドームのオープニングセレモニーが行われました。東京ドームは空気膜構造屋根を有する日本初の全天候型多目的スタジアムで真っ白い卵のように見えることから「BIG EGG」と呼ばれました。「

 「BIG EGG」という愛称は長らく親しまれましたが、2000年1月1日に水道橋あたりの名称が「ビッグエッグシティ」から「東京ドームシティ」に変更となった時点で廃止されています。

 さて、ものの大きさを表すのによく東京ドーム何個分という表現が使われます。東京ドーム1個分とはいったいどれぐらいなのでしょうか。

Photo_20210312180801
東京ドーム
Copyrigh by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism of Japan

 東京ドームのデータを見てみましょう。

 建築面積は46,755平方メートルです。これは一辺の長さが216メートルの正方形に相当します。坪数にすると14,168坪で、畳28,336枚分になります。東京ディズニーランドは面積が510,000平方メートルですから、東京ドーム11個分の広さということになります。

 また、東京ドームの容積は1,240,000立方メートルです。これは1辺の長さが107メートルの立方体に相当します。渋谷区道玄坂の地上21階立てのオフィスビル「渋谷ソラスタ」の高さがちょうど地上107メートルです。

 世界で消費されているビールの総量は189,054,000 立方メートルですから、世界で1年間で消費されるビールの量は東京ドーム152個分ということになります。また、日本で消費されているビールの量は4,869,000 立方メートルなので東京ドーム4個分ということになります。 

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2021年1月22日 (金)

太陽と月の見かけの大きさは同じ

 太陽の直径は1,392,000 km、月の直径は3,474.8 km、太陽の大きさは月の400倍もあります。しかし、地球から太陽と月を見たとき、それらの見かけの大きさはほとんど同じに見えます。次の写真は太陽と月を同じ倍率で撮影したものですが、ほとんど同じ大きさに写っています。

太陽と月の見かけのお大きさ
太陽と月の見かけのお大きさ

 これは近くの物体は大きく見えて、遠い物体は小さく見えるという、私たちが日常経験していることから説明することができます。私たちは物体の大きさを、物体からやってきて眼に入る光の角度で認識します。そのため、同じ大きさの物体でも、近いところにあるときは角度が大きくなり、遠いところにあるときは角度が小さくなります。

 地球から太陽と月までの距離、太陽と月の直径から、太陽と月の見かけの大きさ(視直径)は約0.5度と求めることができます。地球と太陽と月の位置関係から、地球から見たときの太陽と月の見かけの大きさは同じになるのです。

 この視直径の求め方はココログ 光と色と「太陽と月が同じ大きさに見える理由」に図と式で解説してありますので、興味のある方は是非ご一読ください。

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2020年11月 8日 (日)

エックス線の発見(1895年11月8日)

 健康診断や病院の検査でおなじみのレントゲン写真。肺や胃などの内臓、骨折、虫歯の状態など、体の内部の様子を確認することができます。レントゲン写真の撮影にはエックス線(X線)と呼ばれる電磁波を使います。エックス線は物質を透過する性質があるため、ものの内部の様子を確認することができます。その様子を撮影したものがレントゲン写真です。

 エックス線は1895年11月8日にドイツの物理学者ヴィルヘルム・レントゲンによって発見されました。 発見者の名前に因み、エックス線による写真がレントゲン写真と呼ばれるようになりました。

ヴィルヘルム・レントゲン
ヴィルヘルム・レントゲン

 レントゲンはもともとエックス線の発見を目的とした実験をしていたわけではありません。当時、レントゲンは真空放電や陰極線の研究をしていました。真空のガラス管の両端に電極を取り付け、高い電圧をかけると、ガラス管壁が発光します。この実験装置をクルックス管(真空放電管)と言います。クルックス管の陰極から飛び出し来るものがガラス管壁を光らせていると考えられ、陰極線と呼ばれるようになりました(陰極線の正体は1897年に電子であることが突き止められています)。

 レントゲンがクルックス管に高電圧をかけて陰極線を発生させているとき、近くに置いてあった蛍光紙(シアン化白金バリウムの紙)が暗く光っていることに気がづきました。クルックス管は黒い紙で覆われており、光が漏れていないのに蛍光紙が光ったのです。レントゲンはクルックス管の内部から黒い紙を通り抜けて未知の放射線が出ていると考え、これをエックス線と名付けました。レントゲンはエックス線の実験を重ね、エックス線が1000ページを超える分厚い本、ガラス、薄い金属箔を透過するが、鉛の板は透過しないこと、磁場の影響を受けないことなどを突き止めました。また写真乾板を用いることにより、エックス線で手の骨の写真を撮影することに成功しています。

 レントゲンはエックス線の発見と研究の成果により、1901年にノーベル物理学賞を受賞しました。ノーベル賞は1901年が第1回目でしたから、レントゲンはノーベル物理学賞を世界で初めて受賞した科学者にもなったのです。 

 レントゲン写真が撮れる仕組みを簡単に説明しましょう。エックス線はすべての物質を透過するわけではありません。エックス線が透過したところは黒く映り、透過せずに吸収されたところは白く映ります。たとえば、骨はエックス線を吸収するため、レントゲン写真では白く映ります。肺は空気が多量に含まれているので、黒っぽく映りますが、肺炎などにかかると、炎症が生じている部分が白い影となって映ります。

レントゲンが撮影した妻の手のレントゲン写真
レントゲンが撮影した妻の手のレントゲン写真

 エックス線は普通のレントゲン写真のほか、体内を輪切り状に撮影するCT(Computed Tomography、コンピューター断層撮影法)にも使われています。空港の手荷物検査にも利用されていることは良く知られていると思います。また、DNAの分子構造がわかったのもエックス線のおかげです。エックス線をDNAに当てたときに生じる回折現象(波が障害物のうしろに回り込む現象)を調べたたところ、DNAが二重螺旋構造をしていることがわかったのです。このようにエックス線の人類と医療への貢献は計り知れません。

 さて、今ではエックス線は電磁波の一種の電磁放射線であることがわかっています。その波長の範囲は10-8~10-12 nm(1 mの1億分の1~1兆分の1)です。ところで、同じ電磁放射線のガンマ線(γ線)にはエックス線と同じ波長のものがありますが、エックス線とガンマ線の違いは波長ではなく、その発生の仕組みの違いです。エックス線は原子核の周囲の電子の状態の変化によって発生し、ガンマ線は原子核の内部の状態の変化に伴って発生する電磁放射線です。

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2013年3月 3日 (日)

元素記号マグカップ

何か面白いマグカップがないかなと思って探していたら、元素記号が表示されたマグカップを見つけました。原子番号、元素名、元素記号が表示されています。周期表のネクタイをもっているのですが、これも、なかなか面白いです。

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商品の説明

お茶を飲んでいるだけなのになんだか頭が賢くなるマグカップ。元素記号名とイラストがデザインされています。元素記号名が覚えられるマグカップ。容量も大きめなので、お茶を飲みながらゆっくりお勉強が出来ます。お子様のお勉強にも、雑学がお好きな方にオススメするマグカップです。また、可愛いパッケージ付きなので、パーソナルギフトとしても最適です。【特 長】◆使っているだけでお勉強が出来てしまいます。◆プレゼントとしても最適です。◆電子レンジ・食洗器対応。

 

製品概要・仕様

  • メーカー型番:DM2578
  • サイズ:81×81×H89mm
  • 本体重量:260 g
  • 素材・材質:ニューボン
  • 原産国:日本

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2012年2月 8日 (水)

オゾン層からオゾンが落ちてこない理由

大気中の重い気体は落ちてくるのか

 オゾンは原子量が16の酸素原子3つからなる分子なので分子量は48です。一方、空気の平均分子量はおよそ29ですから、オゾンと空気を比べるとオゾンの方が重たいことになります。

 空気の主成分は窒素と酸素ですが、空気には空気の平均分子量より重たい気体もたくさん含まれています。例えば、二酸化炭素は分子量が44で空気の平均分子量より重い気体です。ですから、ボンベなどから二酸化炭素の気体をゆっくりと空気中に放出すると、二酸化炭素は下の方にたまります。

 自然界において、二酸化炭素の発生源の多くは地表付近にあります。ですから、発生した二酸化炭素のほとんどが地表付近にたまりそうです。しかし、空気は対流しているため、二酸化炭素はすぐに拡散して空気と一様に混ざってしまいます。ですから、二酸化炭素は下に落ちてきません。

 しかし、大気全体で考えると、二酸化炭素が空気中の他の気体よりも重い効果が出ています。大気中の二酸化炭素の濃度を高度ごとに調べてみると、どの高度でも二酸化炭素は大気中に一様に混ざっていますが、高度が高くなるほど、二酸化炭素の割合がだんだん少なくなります。これは二酸化炭素が他の気体に比べて重いためです。

オゾンが落ちてこない理由

 オゾンの分子量も空気の平均分子量よりも大きいので、二酸化炭素と同様な理由で高度が高くなるとその割合が少なくなると考えられます。ところが大気中のオゾンの濃度を高度ごとに調べてみると、オゾンは成層圏の高度10~25 kmに最も多く存在し、それよりも上層や下層の高度では少なくなります。これは二酸化炭素の分布とは明らかに異なります。

 実はオゾンの場合は重さだけに着目すると、オゾンが大気中にそのように分布する理由が見えてきません。このような分布になるのは、オゾンが成層圏の上部で生成し下部で分解しているからです。

 成層圏の上部では、酸素分子が波長240 nm以下の紫外線で酸素原子となります(1)。その酸素原子が酸素分子と反応し、オゾンとなります(2)。Mは反応で生じるエネルギーを受け取る物質です。一般には大気中の窒素分子や酸素分子がその役割をします。

オゾンの生成
  •  + hν → O + O      (1)
  • O+ O + M → O + M  (2)

 生成したオゾンは重たいので成層圏の下の方へ落ちていくことになりますが、成層圏の下部では、オゾンが波長320
nm以下の紫外線で酸素原子と酸素分子となります(3)。そして、生成した酸素原子がオゾンと反応し、酸素分子となります(4)。

オゾンの分解

  • O3 + hν → O + O2   (3)
  • O + O3 → 2O2        (4)

 このように、オゾンは成層圏の上部で生成されますが、成層圏の下部で分解して酸素になります。

 オゾン層はオゾンがたくさん存在していると同時に、オゾンが生成・分解しているところです。ですから、成層圏にあるオゾンは地表に落ちてきません。

Mechanism of Ozone Formation and Ultraviolet Absorption

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2012年2月 7日 (火)

A is for ATOM

 1952年にアメリカの電力会社ゼネラル・エレクトリック(GE)社が原子力発電推進のために製作した広報映像です。A is for ATOMは、すべては原子力から始まるという意味です。

A Is For Atom (1952)

 映像は原子爆弾のキノコ雲から始まり、原子の時代が始まったと。そして、またキノコ雲が出てきて、この力を理解する時が来たと。キノコ雲が原子力がみなぎる巨人になります。

 そして、物質が原子からできていること、ドクター・アトムによる原子の構造の説明が始まり、やがて核分裂の説明となります。

 そして、巨人が世界中に送電線を張り巡らせていくという展開になっています。

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