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こいのぼりほか

那珂川のそばにはピラクルのぼりの他に鯉のぼりもあった。
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あ、でも手前の方は巨大ピラクルっぽい。
それから、ガロア虫もいるし
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サメにもさわれる。
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by zam20f2 | 2010-04-29 19:02 | 風景系 | Comments(0)

ピラクルのぼり

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那珂川の脇で、限定絶賛販売中。なかなかよいです。
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by zam20f2 | 2010-04-26 21:53 | 動物系 | Comments(0)

温度調整器 (自宅でできる液晶観察 8)

0.1℃単位での調整ができるコントローラはいくつかのメーカーから出ている。

ちなみに、温度範囲は、200℃よりかなり上まで可能であり、こちらで制限が出ることはない。
最近の温度調整器は1台で複数の温度センサーに対応している。温度センサーとしては、クロメルーアルメルか、銅ーコンスタンタン熱電対が比較的容易に入手できると思う。今回は秋月電子から通販で入手したクロメルーアルメル熱電対を使う予定でいる。
さて、機種の選定であるが、室温から200℃の範囲で0.1℃刻みのコントロールが可能で、熱電対入力があるのは、オムロンだと2010年春現在で、E5CNシリーズで15000円から各種揃っている。
実はE5CNは、出力形式などの様々な機能の違いにより15種類ほどあり、E5CN-以下の型番が異なっている。機種の指定を間違えると使えない物が来てしまうので注意が必要である。機種選定で問題になるのは制御出力だ。制御出力には、リレー出力、電圧(SSR駆動用)出力、電流出力の3種類がある。今の場合、ヒーターのON/OFFをどうやって行うかの違いである。
リレーは電磁石を使って、機械的にスイッチをON/OFFするシステムで、コントローラ本体に組み込まれるので、本体のみでコントロールが可能になるという利点があるが、機械的な動作のためあまり頻繁なON/OFFをやりにくいという難点がある。
電圧出力は、半導体素子を使った電子リレー(ソリッドステートリレーSSR)をON/OFFするためのON/OFFの信号電圧を出力する方式である。
電流出力は、電力調整器をコントロールするための4~20mA連続可変の信号電流を出力する方式である。
この2つでは、特段の事情がない限りは電圧出力を選択する(電圧出力にも連続のがあるが、それではなくSSR駆動用のもの)。というのは、SSRは2000円程度で入手できるのに対して、電力調整器はその20倍程度の定価だからである。
電力調整器を使った方が、より滑らかな制御ができるのは確かなのだけれど、経験的に、SSRタイプで問題はない。

温度調整器は新品で購入すると15000円程度は必要だけれど、ネットオークションの中古だと、数千円で入手できる。ただし、古い型である場合が多いので、そこは分かった上で入手する必要がある。また、型番をきっちりと分かった上で拾わないと使えないものが手元にやってきてしまう。また、型番がOKでも電源電圧が100Vでなく24Vなどという落とし穴もあるので、そこも気をつけないといけない。ネットオークションの場合は、たいていは側面の結線図が出ているのでそれを子細に眺めればよい。
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写真は、今回の目的のためにネットオークションで落札した品。温度調整器と電力調整器のセットで7000円即決であった。電力調整器がついているのにつられて、思わずふらふらとこれにしてしまった。ヒーター断線センサーもついており、今回の目的のためには、過剰性能な品ではある。

by zam20f2 | 2010-04-25 16:02 | 科学系 | Comments(0)

抽象への飛翔

科学教育の議論において、体験はほぼ無条件に推奨すべき善なるものとされているように思う。 理科嫌いの議論においても、日常的な体験と科学を結びつけることの重要性がよく指摘される。

本当にそうだろうか。科学的な概念というのは、むしろ、個々の現象から切り離されて抽象化されることにより、一般性を得た理論となりうる物だ。理科と科学が別物だったら問題はないけれども、理科は科学につながる道だとしたら、いずれは具象から抽象へのステップを切らなければならない。

人間には発達段階がある。もちろん個人差もあるだろうけれども、順をおった論理的な思考が可能になったら、具象から抽象へのステップを切り初めてもいいはずだ。

うろ覚えの記憶だけれど、歴史は小学校高学年にならないと学習できないと聞いたことがある。逆に言うと、小学校高学年になれば、時系列にそった事象の流れ、因果関係が理解できるようになるということだと思う。というわけで、小学校高学年から中学校になったら、具体性を離れた科学の教育が始まって良いのだろうと思う。

「理科離れしているのは誰か」における河野氏の記述によると、中学校で理科がつまらなくなる理由が中学1年と2年で違いがあるという。中学1年では上位の理由としてあがっていない計算の存在が中学2年では割合を増すのである。計算とは数学的な過程である。ただし、理科で使われる数学は、すでに学習している内容である。ということは、計算があるから苦手ということは、具体的な物事を計算に持ち込む過程、すなわち、物事の抽象的・理論的理解の過程に困難があるように感じられる。

そういえば、数学も理科系とされる科目である。そして、数学においては、体験が数学の理解に必須であるという議論はされていないように思う。理科も事情は同じだ。博物学的な分野をのぞいては、理解の難しさには抽象化が関連しており、体験で解決できる問題ではない。

例えば、原子や分子、さらにはイオンなどという概念は日常的な直感から切り離されたところにある。実験を通してそれを直接触れることは容易ではない。しかし、日常をこえたこれらの概念から、射程の長い演繹によって日常の説明ができる。それが科学の醍醐味である。

小学校低学年やそれ以前における体験の重要さを決して否定する気はない。しかし、中学より高学年においては、単純に実験がとか、体験がといった言葉からは脱却した方が、問題点ははっきりするのではないだろうか。
by zam20f2 | 2010-04-25 15:27 | 文系 | Comments(0)

偏光顕微鏡 (自宅でできる液晶観察 7)

液晶観察には偏光顕微鏡があることが望ましい。

とはいえ、家庭で新品の偏光顕微鏡を買うのは普通は無理な話である。また、高等学校でも偏光顕微鏡のないところも多いのではないかと思う。
さて、どうするか。解決方法は二つある。一つはネットオークションで偏光顕微鏡が出てくるのをじっくり待つことである。個人的な経験の範囲では国内のネットオークションで偏光顕微鏡はなかなか出てこない。また、出てきたとしても、部品が完全に揃っていないこともある。とはいえ、気長に待っていれば、いずれは出品があるだろうとは思う。その時には、気合いを入れて入札する。
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写真は、その結果として家にやってきたニコンのPOHである。これは、単眼のシンプルな偏光顕微鏡だけれど、第2次世界大戦後に、坪井誠太郎先生が中心になって作り上げた物である。今の双眼の顕微鏡に比べるとシンプルにしか見えないけれど、余計な光学素子が入っていないので、実は対物レンズの性能は、そのまま発揮される。

偏光顕微鏡の入手が困難な場合には、通常の顕微鏡に2枚の偏光フィルターを組み合わせれば、とりあえずは使える簡易偏光顕微鏡が出来上がるだろうと思う。思うと記したのは、自分でやったことがないためで、まあ、いずれは実際にやって、どの程度のことが出きるかをお示しするつもりではいる。組み合わせる偏光板については、照明側のものは、ハンズ等で売っているような安価なフィルム偏光子で十分だろうと思う。一方、観察側に入れるものはきちんとガラス板で挟んだしっかりしたものを用いるべきであろう。このあたりの詳細はいずれまた。
顕微鏡の入手とあわせて必要なのが対物レンズである。もちろん、ネットで出回っている顕微鏡にも対物レンズはついているけれども、液晶試料をホットステージに入れて観察する場合には対物レンズの先から試料までの距離が、数mm以上はある。多くの顕微鏡に付属するレンズでは、10倍までは、この距離をクリアーできることが多いが、それ以上の倍率だとだめなので、20倍程度以上の対物を使う場合には超長作動距離の対物レンズが必要になる。これも、ネットオークションをみていれば、頻度はすくないけれども出品があるので、可能な範囲で押さえるとよい。写真は10、20、40倍の長作動距離の対物レンズ。ニコンのこの世代のレンズでは長作動の対物レンズとして、LWD、ELWD、SLWDの3種類があり、普通のLWDよりELWDの方が、そして、SLWDがさらに作動距離が長い。EかSを見つけ出せばOKなはずである。
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ところで、ニコンのPOHは光源内蔵でないために、きちんとした照明のためには、照明装置を別途入手する必要がある。これは、たまにネットオークションにも出てくるのだけれど、たまたまミクロワールドサービスさんでジャンク品の放出があったので、それを入手した。架台は無かったので、その辺にころがっている三足スタンドに取り付ける。
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確認もかねて、ミクロワールドサービスさんに出向いたのだけれど、そこで見せて貰った珪藻はため息がでるほど綺麗だった。思わず、教育ランクの珪藻プレパラートも買ってしまった。

by zam20f2 | 2010-04-24 21:06 | 科学系 | Comments(0)

ステージ工作(その2) (自宅でできる液晶観察 6)

先ず、図面に沿ってアルミ板に罫描き線を入れる。それから、切り取る部分は誤認しないように、マジックなどで印をつけておく。この板は出来上がり時には内部になって、ケガキ線は見えなくなるので、安心して書き込める。
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観察用の窓穴は大きい方が広い場所を観察できるのでよいのだけれど、窓の部分は液晶セルが金属と接触しないので、温度分布が生じてしまう。温度の均一性を確保したかったら、大きくしない方がよい。5倍の対物レンズで一度に観察できる視野は4~5mm程度であり、10倍なら2mm程度になる。従って、穴の大きさがこれより大きくないと、顕微鏡下で視野の一部しか液晶が見られない。一方、カバーガラスの厚さは1mm程度なので、穴の直径が厚み程度以上あると、中心部分の温度は周辺より低下するだろうという気分になる。でも、10倍対物なら視野一杯に液晶が見えてほしい。というわけで、日和見気分で3mmにしてみた。あまり根拠はない。まあ、穴が小さいなと思ったら、大きくはできる程度の小ささという感じである。

続いて
by zam20f2 | 2010-04-23 22:12 | 科学系 | Comments(0)

ステージ工作(その1) (自宅でできる液晶観察 5)

ホットステージを作るために用意した部材は、厚さ3mmで約5cm×7cmのアルミ板3枚と厚さ1mmのアルミ板である。
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3mmのアルミ板は10×20cmの板を東急ハンズで購入して切断してもらっている(有料)。部材としてアルミを用いたのは価格がやすかったからで、当初は銅を使うつもりでいたのだけれど、板の値段が3000円近かった時点で断念した。アルミ板は1000円弱である。板からの切り出しは自分でやってもよいのだけれど、多分、端が揃わなくて見苦しくなるので、お金で解決することにしてしまった。1mmのアルミ板は、ヒーターの厚みが2mmなので、このままではヒーターとホットステージの接触が悪いので、隙間を埋める為のものである。
厚さ3mmの板は、全体をひとまとめに止めるための穴を7カ所にあける。また、そのうちの2枚は、液晶を観察するための穴を1カ所にあけ、そして、残りの1枚にはヒーターを入れる部分と試料を入れる部分に角型の溝を入れる予定である。大雑把な図面を次に示す。
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家庭でできる液晶観察を標榜しているので、ホットステージを作るのに使う工具もドリルと糸のことヤスリのみである。

by zam20f2 | 2010-04-18 19:58 | 科学系 | Comments(0)

ヒーター (自宅でできる液晶観察 4)

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これが、半田ごて用のヒーターである。

これは80Wのもの。40W程度から200W程度まで種類がある。かつては15W程度の小さなヒーターもあったのだけれど、需要の減少に加えて作る人がいなくなった為に現在では販売されていない。
このヒーターは秋葉原の坂口電熱で購入した。価格は40から80Wはワット数に無関係に1個400円だった。
秋葉原に行くのが困難な場合には、ヒーターの入手には工夫が必要かもしれない。通販では、大洋電機さんやhttp://www.goot.co.jp/、HAKKOさんhttp://www.hakko.com/japan/index.htmlのWebから入手可能のようである。通販が困難な場合の最後の手は既製品の半田ごてもしくは、なんらかのコテを分解することである。このときには、見た目から、いかにもこの手のヒーターを使っている製品を買ってこないといけない。そうじゃないと、使えないヒーターが手元に残ることになる。

半田ごてヒーターは、本来は2つの発熱部分で半田ごての根本を挟んで使うものである。そのため、2つの発熱部分をつなぐ線はかなり短い。一方で、今回のホットステージでは、発熱体は試料を挟んで両側に入れる作りにしているので、2つの発熱部分の間の線を延長しないと使えない。そのためには、一旦ヒーターを分解する必要がある。
ヒーターを分解するには、マイナスのドライバーかこじ開けを使って、ヒーターのケースを注意深く開く。今回は最初はマイナスドライバーを使ったが、先端が厚くてケースに差し込めなかったのでこじ開けを使った。こじ開けは時計工具で、ケースの裏蓋をあけるのに用いる。時計によっては、自宅で電池交換作業をするための必需品である。
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ケースを開くと雲母にくるまれたヒーターがでてくる。
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雲母を開くと中には雲母板に電熱線を巻いたヒーター本体が出てくる。
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2つのヒーターの間の結線を中間で切断する。
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そして、ヒーターのリード線を必要な長さだけ切断して、それを使って、二つにヒーターを結ぶ。リード線と電熱線の接触は、製品が行っているような感じにする。
このとき忘れていけないのは、接続するリード線部分の絶縁である。これは、本来の線についていた絶縁体を転用するのだけれど、気をつけないと妙なところで接触をおこすので、注意してやる必要がある。もっとも、今回の換えヒーターはセラミックの筒状の絶縁体しかついていなかったため、ガラス繊維のチューブの絶縁チューブを別途購入して使っている。どの程度の長さでつなぐかは、ステージとの兼ね合いなので、それは、ステージ工作のところで。


業務用のホットステージでは、セラミックヒーター、カートリッジヒーター、マイクロヒーター、ラバーヒーターなどを熱源に用いることが多いが、それは、主にスペースの都合であって、高々200℃までの使用なら、わざわざ高価なヒーターを選択する必要はない。
半田ごてヒーターは、かつては実験屋の必需品であった。学生の頃に最初に使っていた液晶観察用のオーブンのヒーターも半田ごて用だったし、当時に自作した温度勾配用のオーブンも半田ごてヒーターを用いた。それ以外に低温用のクライオスタットなどのヒーターにも使われていた。

by zam20f2 | 2010-04-18 12:54 | 科学系 | Comments(0)

「子どもの論理」はあやまっているか

ネットをふらふらしていたら「なぜ、子どもは理科嫌いになるのか」というテキストに行き当たった。 2007年3月に立教大学で開催された立教大学理学部現代GP第2回枠ショップで山梨大学の松森先生により行われた基調講演である。
この講演録を見ていたら、子どもの論理という話がでてきた。「木が揺れると風が発生する」といった子どもの主張のまつわる論理である。因果関係が逆転したように思える主張に関して、子どもに理由を聞くと、1、無風状態で木が揺れるのが見える、2、木の揺れる音が聞こえる、3、風が感じられるという観察結果に基づく論理的な推論なのであるという。松森氏は、このような子どもの考えを非科学的として捨て去らせるのではなく、「少しずつでも非科学的なものから科学的なものへと再構成していこうという営み、これこそが理科教育が目指すべき方向性の一つである」と記している。

困ったことに、私にはこの「子どもの」論理のどこが科学的に間違っていて非科学的な部分を含んでいるのかがわからなかった。松村氏は、光と音と風の速度が異なることを認識していないことが、木が揺れて風が起こるという誤った論理展開を子どもがしてしまう原因なので、それぞれの速度が異なることを認識させれば正しい論理に行きつくような議論をしている。でも、その議論は誤っている。こんなことを記すと不思議がられるかもしれないが、木を扇風機に替えて考えると議論の誤りが明白になる。

扇風機が回るのが見え、音が聞こえ、そして風がやってくると、人は「扇風機が回ったから風が生じた」と考える。起こっていることは木の場合と同じなのに、異なる解釈をする。ところで、この時、実は扇風機はコンセントにつながっていなくて、外の風が扇風機を回しただけかもしれない。この場合は、風が吹いて扇風機が回ったが正しい解釈になる。

空想をたくましくすると、木だと思ったのは、実は木の形をした人工物で、葉っぱを同じ方向に動かして風を作る装置であるかもしれない。この場合は木が揺れて風が起きたが正しい解釈になる。遠目からは、ただの木なのか、人工風発生装置かの区別は困難であり、現物を確認しない限りどちらが正しいかは論理的には定まらない。

というわけで、大人が「子どもの論理」をその場で間違っていると感じるのは、単に日常的な経験から、その辺りに木の形をした風発生装置がおいてある可能性は極めて低いことを知っているからであって、論理的な帰結ではないのである。同時性という概念を持ちこんでも、扇風機の例を考えれば、論拠にならないことは明白である。論理的には、大人も子どもも同レベルにいる。

というわけで、松森先生は誤った論理で子どもを説得しようとしてる。論理的に誤った議論という意味で松森先生の論理性は子どもの論理よりも劣っている。おそらく、多くの子どもは速度の違いを持ち出した説明にだまされて納得してしまうだろうけれども、その納得はむしろ、自分の頭で考えることを放棄した非科学への道である。
by zam20f2 | 2010-04-18 12:38 | 文系 | Comments(0)

ホットステージ(自宅でできる液晶観察3)

ホットステージは液晶試料を、室温以上の希望の温度に保持するための道具で、ステージ部分とコントローラ部分で構成される。

ホットステージを自作するにあたっては、まずスペックを定めておく必要がある。今回は、最大使用温度は200℃、温度調整は0.1℃のものを作ろうと思っている。観察予定の物質の一つが180℃弱の1℃に満たない温度範囲で、ちょっと変わった液晶相となるのだ。それを観察するためには、上に記したスペックが必要となる。この相を見るつもりがなかったら、最高温度はもっと低くても問題ない。だいたい、有機物は200℃程度以上で熱劣化するものも多い。200℃以上じゃないとのぞみの液晶相にならない物質がないこともないけれども、そんなのをわざわざ自宅で観察することはないだろうと思う。
200℃という上限温度はホットステージとしては低めであり、ヒーターや他の素材もそれほど注意して選ばなくて大丈夫である。そして、ステージの大きさに厳しい制限があるといった特別な理由がなければ、ヒーターの大きさも比較的自由になる。というわけで、ヒーターとしては、安価な半田ごて用の平型ニクロムヒーター使うつもりでいる。単価は数百円である。
ホットステージの本体は、適当な金属板から作り出す。研究用に使う物は、フライスやら旋盤を使って、ブロック材から削り出すわけだけれど、さすがに、その手の工具がある家はめったにないので、それを使わずにすむ作りにするわけである。

0.1℃の温度調整のためには、それなりのコントローラが必要になる。かつては、温調というと、自作するものであったけれども、今では、いくつかのメーカーから0.1℃の調整が可能な温度調整器が出ているので、それを使う方が楽だろうと思う。ただし、価格は調整器だけで1.5万円程度。ヒーターへの電流を調整するリレーまで含めると2万弱になる。少しばかりの出費になってしまうわけで、液晶観察だけに使うのが勿体なかったら……………藍染めの発酵槽の温度管理とか、電熱器を使ったスモーク作業の調整などの用途もきっとあると思う。ネットオークションを巧く使えば、その半値以下で必要なものが入手出来るだろうと思う。

by zam20f2 | 2010-04-17 20:20 | 科学系 | Comments(0)