水飲み鳥の運動

［物理：エネルギー：エネルギー保存則]

科学パズル

特長
  • 水飲み鳥は熱と仕事、永久機関について考えるのにおもしろい教材である。ぜひ実物でやってせながら考えていくと興味深い。
問い
  1. 水飲み鳥がおじぎをするのはどうしてだろうか。
  2. 水飲み鳥の体の中の液面が上がるのはどうしてだろうか。
  3. 頭部と腹部で蒸気圧に差ができるのはどうしてだろうか。
  4. 気化熱で奪われるだけなら、水飲み鳥の温度は下がっていくのだろうか。
  5. 水飲み鳥の体のエネルギーの出入りはどうなっているだろうか。
考察
  1. 首の部分の液面が上がることによって、重心が高くなり頭の部分が下がる(つまり、おじぎをする)。
  2. 頭部と腹部でエーテルの蒸気圧に差ができるため。
  3. 水飲み鳥が水を飲む(頭を下げる)ことによって、頭部が水にぬれ水が気化して頭部の温度が下がる。したがって頭部の蒸気圧が下がる。
  4. 腹部で外部から熱をもらってエーテルが気化し、膨張しても蒸気圧が下がらない。また頭部もエーテルが凝結するので、液面が上がって圧縮されても蒸気圧が高くならない。
  5. 腹部ではエーテルが気化するための熱エネルギーが外部から補給され、頭部ではエーテルが凝縮するための熱エネルギーが放出されている。このことから水飲み鳥は第1種・第2種のどちらの永久機関でもない。
発展課題 6.水飲み鳥が運動できないのはどんな場合か考えてみよう。
まわりの外気が水蒸気で飽和していると、動かなくなる。大きな容器をかぶせて密閉する。