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使い捨てカイロが温かくなるしくみを調べる

🔬 理科・実験

使い捨てカイロが温かくなるしくみを調べる

🚀 小4〜6年生向け ★★☆ ⏱ 準備20分 / 実施1〜2時間

カイロの中身を手作りして、何を入れると温かくなるのかを条件ごとに比べる実験です。

使い捨てカイロの中には、鉄の粉が入っています。鉄が空気中の酸素と結びつくと、熱が出ます。これを酸化(さんか:ものが酸素と結びつくこと)といいます。鉄がさびるのと同じ変化ですが、粉にすると空気にふれる面が広くなり、短い時間で温かくなります。食塩水は反応を助け、活性炭は空気をため込む役目をします。ふだん何気なく使っているカイロから、化学変化と熱の関係を確かめられます。

必要なもの

材料分量代替案
スチールウール(細目)20g(5gずつ4つに分ける)鉄粉20g
活性炭40g(10gずつ4つに分ける)園芸用の炭を砕いたもの40g
食塩10g食卓塩10g
100mL水道水100mL
チャック付き保存袋4枚小さめのポリ袋4枚と輪ゴム4本
デジタル温度計1本料理用温度計1本
ストップウォッチ1台スマホのタイマー
はかり1台計量スプーン(小さじ1杯=約5g)
軍手1組ゴム手袋1組
記録用紙A4用紙2枚ノート2ページ

手順

1

予想を書く

何をする:どの袋が一番温かくなるかを予想します。

どうやる:「全部入り」「食塩水なし」「活性炭なし」「空気を抜いて閉じる」の4つを紙に書き、温かくなる順番を予想します。

なぜ:実験の前に予想すると、結果と比べたときに考えが深まります。

2

食塩水を作る

何をする:実験に使う食塩水を用意します。

どうやる:水100mLに食塩10gを入れ、とけるまで混ぜます。

なぜ:食塩水は、鉄と酸素が結びつくのを助けるはたらきをします。

3

スチールウールを小さくちぎる

何をする:鉄が空気にふれやすい形にします。

どうやる:軍手をつけて、スチールウールを5gずつ4つに分け、それぞれを細かくほぐします。

なぜ:かたまりのままだと空気にふれる面がせまく、熱が出にくくなります。

4

4つの条件を作る

何をする:袋ごとに中身を変えます。

どうやる:Aは鉄5g+活性炭10g+食塩水10mL、Bは鉄5g+活性炭10g+水10mL(食塩なし)、Cは鉄5g+食塩水10mL(活性炭なし)、Dは鉄5g+活性炭10g+食塩水10mLを入れて空気を抜いて閉じます。

なぜ:条件を1つずつ変えると、何が発熱に関係したのかが分かります。

5

A・B・Cは口を軽く開けておく

何をする:空気が入る状態にします。

どうやる:A・B・Cは袋の口を3cmほど開けたままにし、Dだけはしっかり閉じます。

なぜ:鉄が熱を出すには空気中の酸素が必要かどうかを、Dと比べて確かめられます。

6

5分ごとに温度を測る

何をする:袋の温度の変化を記録します。

どうやる:温度計の先を袋の外側に当て、0分、5分、10分、15分、20分、25分、30分の温度を記録します。

なぜ:時間ごとの変化を残すと、どの条件が早く、どこまで温かくなったかが分かります。

7

一番高い温度を比べる

何をする:条件ごとの最高温度を調べます。

どうやる:記録した中で一番高かった温度と、その時間を条件ごとに書き出します。

なぜ:「何℃まで上がったか」は、結果を比べる一番分かりやすい数字です。

8

表とグラフにまとめる

何をする:記録を見やすくします。

どうやる:横を時間、たてを温度にした折れ線グラフを、A〜Dの4本ぶん書きます。

なぜ:グラフにすると、温度の上がり方の違いがひと目で分かります。

観察ポイント・記録の取り方

時間A 全部入りB 食塩水なしC 活性炭なしD 空気を抜く気づいたこと
0分実験開始・室温 ℃
5分
10分
15分
20分
25分
30分

つまずきやすいポイント

⚠️ 温度がほとんど上がらない

なぜ:スチールウールがかたまりのままだと、空気にふれる面がせまくなります。

対処:軍手をつけて、細かくほぐしてから袋に入れます。

⚠️ 水を入れすぎてしまう

なぜ:水が多いと鉄が水にしずみ、空気にふれにくくなります。

対処:食塩水は10mL(大さじ約2/3)を守り、しめらせる程度にします。

⚠️ 温度計を袋の中に入れてしまう

なぜ:中に入れると先がぬれて、正しく測れないことがあります。

対処:温度計は袋の外側に当てて測ります。

⚠️ 4つを別々の時間に始めてしまう

なぜ:始める時間がずれると、同じ条件で比べられません。

対処:4つを並べてから、いっしょにタイマーをスタートします。

発展アイデア

  1. 食塩水の濃さを変えて(水だけ、5%、10%)温度の上がり方を比べる。
  2. 活性炭の量を5g、10g、20gに変えて比べる。
  3. 市販の使い捨てカイロと手作りカイロで、温度が続く時間を比べる。

安全上の注意

まとめ方(発表・レポート)

模造紙1枚またはスライド5枚がおすすめです。

「予想」「方法」「写真」「温度の表」「折れ線グラフ」「分かったこと」の順にまとめます。

タイトル例:

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