Transcript 花火の科学

花火って何？
花火とは火薬を用いた光（色）と音の
エンターテイメント
参考）大曲花火競技会
花火について学ぼう！
花火の魅力は？
花火は、
なぜ大きな音が
するのか？
迫力のある音
鮮やかな色彩
なぜきれいな色が
出るのか？
打ち上げ花火の仕組み
花火の歴史
花火の成分：火薬（音・光）・金属化合物（色・光）
火薬（黒色火薬）の成分：
硝酸カリウム（KNO3）、炭素粉末、硫黄粉末
硝酸カリウム：硝石として知られる
火薬のほかに肥料の原料
火薬の歴史
中国では7世紀頃（唐代）より火薬が用いら
れてきたと言われている。
日本での火薬のお目見え
１３世紀元寇 「てつはう」
火薬の日本への渡来
鉄砲の伝来（１５４３年）と同時。
火縄銃：
火薬の力で弾を飛ばす。
花火の普及：火薬の平和利用
徳川時代になり、戦が少なくなり火薬も平和利用へ
花火もそのひとつ
打ち上げ花火による花火大会も
両国花火（隅田川花火大会）
花火の色：
はじめはオレンジ色だけであった。
↓
外国から色々な金属が輸入され
カラフルな色の花火になっていった
花火はなぜ綺麗な色がつくか？
：炎色反応
花火の色はこれらの金属化合物を火薬に
混ぜることで作られる
実際に炎色反応を見てみよう！！
炎色反応の原理
励起
金属原子
熱エネルギー
エネルギー高い・不安定
原子（元の状態）
光エネルギー
（原子によって異なる）
鮮やかな色彩
熱エネルギーから 光エネルギーへの変換
炎色反応の原理： なんで色が見えるのか？
10億倍に拡大
金属の原子
炎色反応の原理：原子を熱すると
励起（エネルギーが高い）
色となって見える
原子を熱すると結合が弱くなり
電子が外側に動く
しかし、すぐにもとの位置に戻る
電子が動いた様子（1000億分の１センチくらい）
が人の目には色として見える
花火は、なぜ大きな音がするのか？
火薬の化学反応：燃焼反応
花火
炭火
どちらも炭素が燃えている
火薬の化学反応：燃焼反応
燃焼とは光と熱を出しながら酸素と化合すること
「酸素分子」ではなく「酸素」
C + O2
CO2
火薬は酸素分子が無くても燃える
C + 2 KNO 3
起きている反応が違う
CO2 + 2KNO 2
→
反応が違うと
何が変わるのか？
火薬の反応：
花火は何故音がするのか？
燃焼には、速い燃焼反応と遅い燃焼反応がある
例）アルコールの燃焼
アルコールのランプとアルコールロケット
どのような違いが見られるだろうか？
アルコールの燃焼
起きている化学反応は同じ！！
どちらもアルコールが燃えている
C2H5OH
+
3 O2
2 CO2
+
+
3H2O
熱エネルギー
違うのは化学反応の速さ
アルコールランプ：長い時間をかけて燃焼
アルコールロケット：短時間で一気に燃焼
アルコー ルランプ
アルコー ルロケット
時間
100のエネルギーを100秒で出す・・1秒当たり1のエネルギー
100のエネルギーを1秒で出す・・・1秒当たり100のエネルギー
100のエネルギーを0.1秒で出す・・1秒当たり1000のエネルギー
短い時間で一気に燃えた方が、単位時間（たとえば1秒）
あたりのエネルギーは大きくなる。
アルコールロケット：
単位時間あたりに非常に大きなエネルギー
単位時間あたりに非常に大きなエネルギー
空気の動きは？
大きな
エネルギー発生
（熱エネルギー）
空気に伝わる
（空気が素早く動く
：運動エネルギー）
大きな音
爆風
空気がぶつかり合う
大きな音・爆風の原理
空気の粒子
運動エネルギー
火薬の燃焼
熱エネルギー
大きな音（音エネルギー）
爆風
熱エネルギーから 運動エネルギーへの変換
炭火の反応
ゆるやか
CO2
C + O2
花火（火薬）の反応
非常に速い燃焼反応
酸化剤
素早く酸化反応させる
非常に速い
爆薬
C + 2 KNO
NO33
CO2 + 2KNO2
CH3
O2N
NO2
NO2
TNT ( トリニトロトルエン）
H2C
O
NO2
HC
O
NO2
H2C
O
NO2
ニトログリセリン
花火の科学
なぜきれいな色が
出るのか？
花火は、
なぜ大きな音が
するのか？
炎色反応
目に見えない電子の動
きが色に
燃え方の違い
速い燃焼と遅い燃焼
爆風と大きな音