体の仕組み・器官化学物理理科

虫眼鏡と太陽で物が燃える原理とは?太陽の熱を使う発電方法と合わせて理系ライターが解説!

よぉ、桜木建二だ。

今回のテーマは虫眼鏡と太陽だ。
虫眼鏡は物体を拡大してみることができる。なぜ虫眼鏡を通すと物体を拡大してみることができるだろうか。まずはその秘密を解説していく。また、虫眼鏡で太陽の光を集めると、紙を燃やすこともできる。この現象も解説していくぞ。
さらに、太陽の熱を使った発電方法「太陽熱発電」についても詳しく解説していくぞ。

今回は「虫眼鏡と凸レンズの関係」、さらに「太陽の熱を使う発電方法」を物理に詳しいライターリックと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/リック

大学院を修了するまで、研究に明け暮れた理系ライター。目の前で起きた現象を深掘りすることが大好きで、化学や物理など幅広く勉強している。現在は化学メーカーで技術職として働きながら、化学や物理の楽しさを発信していく。

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なぜ虫眼鏡で物を拡大できるのか

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何か物を拡大して観察したい時「虫眼鏡」を使いませんか。虫眼鏡を使うことで、小さな物も大きく見ることができます。なぜ虫眼鏡を通すと小さな物を拡大して観察することができるのでしょうか。その理由は凸レンズです。まずは、虫眼鏡に使われている凸レンズの特徴を紹介していきます。

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虫眼鏡は光を曲げている

ここからは虫眼鏡に使われている凸レンズの特徴を紹介していきますね。

理科の教科書で必ず出てくる凸レンズですが、レンズ自体はガラスでできています。光は波の性質を持っているため、空気からガラスへ光が入っていく際、屈折率の違いで、光は曲がるんです。この現象を屈折といいます。「屈折」という現象を利用することで、虫眼鏡の特徴でもある「物を大きく見せる」ことができるんです。

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虫眼鏡を使って太陽の光を集めることができる

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凸レンズは「光を屈折させる」ことができるのが大きな特徴です。そして、屈折された光は同じ1点を通ります。つまり、凸レンズを使うと光を一点に集めることができるということです。

理科の実験で実際に行ったことがあるかもしれませんが、虫眼鏡を使うと、太陽から降り注ぐ光を集めることができます。太陽の光を1点に集めることができるので、エネルギーが集まり、温度も上昇するんです。

虫眼鏡で太陽の光を集めて、紙を燃やす実験をした方も多いと思いますが、これは、虫眼鏡で太陽の光を集め、紙に多くのエネルギーを伝えることで紙が発火したんですね。

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白い紙と黒い紙で、同じように実験すると、黒い紙の方が早く発火します。虫眼鏡で太陽の光を1点に集めても白い紙では1部の光は表面で反射するんです。一方で黒い紙は光を吸収するので、より温度が上がりやすく、発火しやすいんですね。

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人の目もレンズの役割がある!

実は、レンズが使われているのは虫眼鏡だけではありません。人の目にもレンズが入っているんです。そのレンズは「水晶体」と呼ばれ、水とたんぱく質からできています。

水晶体は凸レンズのような形をしていて、無色透明です。そして、虫眼鏡などに使われている凸レンズとは異なり、形を変えることができます。近くの物を見るときは、水晶体が分厚くなり、逆に遠くを見るときは水晶体が薄くなるんです。

水晶体は、レンズの厚さを変えることで、ピントを合わせています。凸レンズは厚みが大きくなると屈折率も大きくなり、近距離で焦点を結ぶことができるんです。逆に薄くなると、屈折率は小さくなり、焦点も遠くなります。

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