11 布に対する紫外線と温度による影響を調べる

＜第２８回山﨑賞＞
11
１
布に対する紫外線と温度による影響を調べる
研究の動機
小学生の時に私は布や繊維について観察や実験をしてきた。そして、布には先人のいろいろな技
術や知恵がたくさん織りこまれていることがよく分かった。
今年は、戸外で部活動をすることが多くなり、今までで一番日に焼けた。しかし、体操服の下の
腕 や 肩 は あ ま り 日 に 焼 け な か っ た 。日 に 焼 け る の は 紫 外 線 に あ た る か ら だ と 聞 い た こ と が あ っ た が 、
繊維の種類や布の色によって紫外線の通り方に違いがあるのだろうかと思い、今年度は、布を洋服
の素材としてとらえ、紫外線や熱の通り方について調べたいと思った。
また、夏は暑いので温度による違いも測定することにした。
２
研究の内容
(1 )
ア
紫外線の通り方を比較する
右 の 写 真 の よ う に 、 10Ｗ の ブ ラ ッ ク ラ イ ト に 接 す る よ う に 布 を
あて、紫外線強度計で紫外線強度を測定する。
イ
布は、白色の布（木綿、麻、絹、羊毛、レーヨン、ポリエステ
ル、ポリエステルの不織布）と、８色（赤、橙、黄、緑、青、藍、
紫、黒）の木綿の布を用意する。
ウ
紫 外 線 強 度 計 は 、高 さ を 一 定 に す る た め に 木 製 の 台 の 上 に 置 く 。
一定の距離で紫外線強度を測定する。測定は５回の平均とする。
(2 )
ア
熱の通り方を比較する
右の写真のように、牛乳パックの底に５㎝四方の穴をあけ、周
囲 を ア ル ミ 箔 で 覆 い 、 布 を 輪 ゴ ム で 固 定 し た 。 そ し て 布 に 60 Ｗ の 白
熱電球の熱をあてる。
イ
白熱電球は、温度が安定するように１分間点灯してから測定を
開 始 す る 。 室 温 を 28℃ に 設 定 し た 室 内 の 無 風 状 態 で 実 験 を 行 う 。
ウ
白 熱 電 球 と 布 の 間 を ２ ㎝ に し 、 布 と 温 度 計 と の 距 離 は １ ㎝ と 15
㎝とし、２つ距離で温度変化を測定する。温度計は白熱電球の熱で
直接温められないように、アルミ箔で覆う。
エ
温 度 測 定 は 、１ 分 ご と 行 い な が ら 、布 の 様 子 を 観 察 す る 。1 0 分 間 ま た は 50 ℃ ま で 連 続 し て
測定する。
オ
10 分 後 に は 、 人 が 汗 を か い た こ と を 想 定 し て 、 ス ポ イ ト で 水 １ 滴 を 布 の 中 央 に 垂 ら し 、 １
分ごとに温度の変化の様子を５分間調べる。また、布の様子を観察する。
(3 )
ア
太陽光にあてた布を比較する
９色の木綿の布（赤、橙、黄、緑、青、藍、紫、黒、白）
に３㎝四方の正方形を書き、段ボールに布を張り付ける。
イ
上 の 段 ボ ー ル を 、午 前 ７ 時 か ら 午 後 ６ 時 ま で の １ 日 11 時 間 、
太陽光があたるひなたに置く。
ウ
１時間ごとに、気温、紫外線強度、天候を測定する。雨天
時は、布がぬれないように取り込み、実験を一時中断する。ま
た、気象庁のアメダス観測データで磐田市のデータとして公表されている日照時間を参考とし
記録する。
エ
研究結果
(1 )
300
紫外線が通り抜けたのは、紫外線強度
が 大 き い 順 に 、１ ポ リ エ ス テ ル 製 の 不 織
布 、２ 粗 織 り の 麻 布 、３ 絹 布 、４ 麻 布 だ
っ た 。こ れ ら を グ ラ フ に す る と 右 の よ う
になった。
(2)
ブラックライトからの距離と紫外線強度
mW/㎡
紫外線の通り方を比較する
紫外線強度
３
布は、１日ごとに３㎝四方を切り取り、変化が分かるように並べる。
250
布なしの時
200
不織布
粗織りの麻布
150
絹布
100
麻布
50
熱の通り方を比較する
化学繊維からできているポリエステル
0
と レ ー ヨ ン の 布 の 温 度 変 化 が 大 き く 、次
に 植 物 繊 維 の 木 綿 と 麻 の 布 だ っ た 。最 も
温度の変化が小さいのは、動物繊維の絹と羊毛の布だった。
また、水を１滴たらした後の温度変化は、動物繊維からできた布の温度上昇が他と比べると、
とてもゆっくりだった 。植物、動物、化学繊 維から木綿、羊毛、ポ リエステル、色の違い として
黒色の木綿の布の温度変化をグラフに示した。
距離１㎝の時の温度変化
55.0
距離15㎝の時の温度変化
℃
35.0
34.0
50.0
33.0
32.0
45.0
31.0
40.0
木綿（白）
35.0
30.0
30.0
木綿（白）
29.0
羊毛
28.0
ポリエステル
27.0
木綿（黒）
26.0
25.0
羊毛
ポリエステル
木綿（黒）
25.0
距離１㎝で水滴１滴
55.0
℃
温度変化
℃
距離15㎝水滴１滴
36.0
温度変化
℃
50.0
木綿（白）
35.0
木綿（白）
45.0
羊毛
34.0
羊毛
40.0
35.0
ポリエステ
ル
30.0
木綿（黒）
33.0
ポリエステ
ル
32.0
木綿（黒）
31.0
25.0
０分 １分 ２分 ３分 ４分 ５分
０分 １分 ２分 ３分 ４分 ５分
(3 )
太陽光にあてた布を比較する
９ 色 の 木 綿 の 布 （ 赤 、 橙 、 黄 、 緑 、 青 、 藍 、 紫 、 黒 、 白 ） を 15 日 間 、 太 陽 光 に あ て た 。 ま た 、
同じ日の気温、紫外線強度、天候、日照時間をグラフや一覧にして分かりやすくした。
布の色変化の様子（紫、黒の木綿）
気温、紫外線強度、天候、日照時間
白 い 木 綿 の 布 は 色 の 変 化 の 見 分 け が つ か な い が 、他 の 色 の 布 は 太 陽 光 に あ た る こ と で 、色 が 徐 々
にあせていくことがわかった。
４
考察
(1 )
紫外線の通り方を比較する
いろいろな布を蛍光灯にかざして見た光から、紫外線の通り方を予
想したが、実際には光の通り方と紫外線強度の大きさには差があるこ
とが分かった。
昨年までの研究から、絹は他の繊維にくらべて非常に細く、繊維の
断面は半だ円形や三角形になっていることがわかっている。そのた
め、布の厚さが他の布にくらべて非常に薄く、紫外線が通りやすか
ったのではないかと思う。
参考実験として、布の代わりに透明ラップで同様の実験をしてみ
た。そして結果はグラフのようになった。この実験からも紫外線強
度は、距離が遠くなれば小さくなることが分かった。
また、日焼け止めクリームは、紫外線強度が大きい時には非常に
効果が高いことがわかった。０㎝よりも１㎝の方の測定値が大きい
絹繊維の断面
のは、布とは違い厚さが非常に薄い透明ラップ
を利用しているために周囲の紫外線が乱反射し
て紫外線強度計に届いているのからだと考えら
れる。
(2 )
熱の通り方を比較する
「光源の波長成分」のグラフから、白熱電球
300
透明ラップと日焼け止めクリームによる紫
外線強度の変化
mW/㎡
ラップなし
200
透明ラップ
100
日焼け止め
は 赤 外 線 を 多 く 出 て い る こ と が わ か る 。そ し て 、
0
白色は光を反射しやすいので、赤外線も反射さ
れ、白い布は温まりにくかったと思う。
また、熱の伝わり方を調べると３種類あるとわか
った。それは、１「伝導」物に熱が伝わっていくこ
と。２「対流」温かいものは軽くなり冷たいものは
「 主 な 光 源 の 波 長 成 分 」
（ ht tp :/ / hr -i no ue . ne t/ か ら 引 用 ）
重くなる。その動きによって、全体が温まること。
３「放射」熱が吸収されることで温まる。である。
実験では、牛乳パックに放射の熱が伝わって、空気
が対流したり、空気やアルミ箔によって伝導したり
して温度が高くなったと思う。
(3 )
太陽光にあてた布を比較する
太陽光は、いろいろな光の成分が混じっている。
しかも人が作りだした蛍光灯や白熱電球の光とは比
べ物にならないくらい強い光を地球に届けている。また、その光によって、布の色も予想以上
に短い時間であせてしまうことが分かった。今回の実験を通して太陽光のエネルギーの大きさ
を実感した。
５
感想
私は、中学校で陸上競技部に入部し、戸外で活動するため、今までで一番黒く日焼けをした。
「 紫 外 線 は 体 に よ く な い か ら 、日 焼 け 止 め ク リ ー ム を ぬ り な さ い 」と 言 わ れ た が 、実 感 が わ か な
かった。
しかし、紫外線につい て調べてみると、殺菌 に使われ、生物に影響 を及ぼしたり、人の目 や皮
膚 に 害 が あ っ た り す る こ と が 分 か っ た 。そ し て 、太 陽 光 か ら は 紫 外 線 だ け で な く 、い ろ い ろ な 光
が届いていることも分かった。
今 回 の 研 究 を 通 し て 、見 え る 光 や 見 え な い 光 に 関 心 を も つ こ と が で き た 。ま た 、太 陽 光 に は 大
き な エ ネ ル ギ ー が 含 ま れ て い る こ と を 実 感 し た 。そ し て 、現 在 も 福 島 県 で は 、放 射 線 と い う 見 え
ない光を相手に命がけで戦っている人があることに気付かされた。
６
参考図書・施設など
(1 )
参考図書
・『確かな目を育てる図説被服の材料』
・『よくわかる新繊維のはなし』
(2 )
日下部信幸
林田隆夫
著（開隆堂出版）
著（日本実業出版社）
参考サイト
・ 紫 外 線 環 境 保 健 マ ニ ュ ア ル （ 環 境 省 w w w .e nv .g o .j p /）
・ 雑 科 学 ノ ー ト （ w w w .hr- ino ue .ne t）
・ カ ラ ー ユ ニ バ ー サ ル デ ザ イ ン ガ イ ド （ w w w .p re f .fukushima.j p /）
・ フ リ ー 百 科 事 典 w ik i pe di a （ j a.w ikip e d ia.o rg /）