中学受験理科「バイメタル」膨張率の異なる金属の利用

ものの温度と体積の関係を学習しています。今回はバイメタルの原理について見ていきましょう。

「バイメタル」応用問題

Ｑ：下の表は、金属を加熱して長さがどのように変化するのかをまとめたものである。０℃で100㎝の金属棒が、温度が１℃上がるごとに何㎝のびるかを示している。これについて、次の各問いに答えよ。

（1）０℃で200㎝の銅の棒の温度が０℃から50℃に変化したとき、銅の棒の長さは何㎝になるか。

（2）下の図のように、アルミニウム板と鉄板をはなれないようにはり合わせ、どの部分も同じように温度を上げるとどうなるか。次の❶～❸の中から選び、記号で答えよ。

【問題DL】バイメタル

金属の種類と膨張の割合

金属をあたためると、空気や水と同じように膨張（ぼうちょう）して体積や長さが増します。金属の種類によって、膨張・収縮の割合が異なります。

銅・鉄・アルミニウムの中では、アルミニウムがもっとも膨張・収縮の割合が大きく、次いで銅、鉄の順に小さくなります。

バイメタルとは

バイメタルとは、膨張の割合が異なる２枚の金属をはり合わせて固定したものです。膨張の割合が異なるので、熱すると一方向に反り返ります。

バイメタルは、多くの電気器具に利用されています。異常加熱などが起こった場合、バイメタルが反り返り回路のスイッチの役割を果たしてくれます。

「バイメタル」応用問題　解答

Ａ
（1）200.17㎝
表より、０℃で100㎝の銅は１℃温度が上がると0.0017㎝長くなることがわかります。０℃で100㎝の銅が50℃まで温度が上がると、
0.0017✕50＝0.085
0.085㎝長くなります。今回の問題では、銅の長さが100㎝の2倍の200㎝になっているので、2倍長くなります。
0.085✕２＝0.17
もともとの銅の長さに足します。
200＋0.17＝200.17

（2）❷
表より、アルミニウムの方が鉄よりも膨張の割合が大きいことがわかります。アルミニウムの方が長くなり、下の方に反り返ります。