らくらく化学実験_黒鉛 発光 電子
アークで明るく 

 シャープペンシル用の芯を備長炭のかけらに触れさせると、目も眩むようなまばゆい光を発する。思わず、鉄工所の溶接作業を連想してしまいそうですが、確か金属の溶接でも何やら棒状の素材が使われていたように思いますが・・・。
「手 順」
  1. ワニ口クリップ付きリード線を使い、負極側のワニ口に備長炭の小片(平形で小穴を空けておく)を噛ませておく。
  2. 別のクリップには、シャープペンシル用の芯の端をアルミフォイルで包んだものを噛ませ、画像のように、備長炭の小穴を突くようにして固定用木板にガムテープで留める。
  3. 乾電池6本をつなぎ、スイッチを入れて様子を観察する。

芯が立つようにうまく固定する少しずつ芯が消耗していく

目が眩むほどの明るさ:スペクトル(左下)は自然光(右下)に近い

YouTube動画:シャープペン芯と備長炭の放電


参考まで:備長炭を直接触れさせて放電させてみた。→危険なのでまねしないで下さい。

左実験の様子:激しく火花が散る。まるでスターウォーズの戦闘シーンのようだ。

YouTube動画:備長炭を直接触れさせて放電させてみた。まるでスターウォーズの戦闘シーンのよう。


「注意と工夫」
  1. 備長炭は、負極につないで下さい。アーク放電の性格上、負極側が特に加熱しますが、クリップや付属部分もかなり熱くなるので、操作をやり直す場合は装置が十分に冷えてから行います。
  2. シャープペンシルは、強度を高めるため黒鉛にプラスティックが混ぜられているので、芯の燃焼によるガスの発生に注意します。
  3. 一回の通電でかなりパワーを消費するので、連続して実験する場合はスペアの乾電池を用意しておきます。

「解 説」
白い輝きアーク光
 
シャープペンシルの芯、備長炭の主成分は黒鉛であり、電気を通ずることができます。これにある程度の電流と電圧がかかると消費電力が大きくなり、黒鉛の温度が上がって光りを放つようになるのです。実験では、白色の明るい輝きが観察されますが、芯と備長炭は、熱により消耗していくので、そこにはわずかながら隙間ができています。ここでは、炭素蒸気を導体として電流が流れて発光する、アーク放電が起こっていると考えられます。シャープペンシル用の芯を使った通電発光の実験(シャー芯ビンライト)で、芯が焼き切れる瞬間に激しい光を発するあの現象です。直視分光器でスペクトルを撮影してみましたが、自然光に近いこともわかりました。
 実験装置では、芯が燃焼して完全に離れる前に、ワニ口付きリード線の重量が芯に加わるので、結果として、備長炭との間に微妙な隙間が保たれることになります。芯に混入されている不純物(プラスティック)の燃えかすもまた、その役を与っているかも知れません。実はこの現象、エジソンの電球より前に、アーク灯としてすでに街灯として利用されていましたが、電極間の距離を保つために、炭素棒を追加していかねばならないのが難点であったようです。
関連実験:シャー芯ビンライト
関連実験:ただの炭ではすみません
「参考」「化学と教育_「シャープペンシル用の芯を使った通電発光の実験」word
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編集:山田暢司