が必要なのだ！



そう考えるに至った突撃実験室では、ブタントーチを用意した（プロパンじゃないよ）。

この実験を始める前に、炎の中でも耐えうる電極を選ぶことが先ず第一に必要だ。ブタンの燃焼による炎の温度は、恐らく摂氏2000度ぐらいだろう。普通の銅線なら、炎色反応を起こしながら溶けて朽ち果てる温度だ。そのような環境の中でも酸化せず、融解せず、肝心要の電気を通し、しかも身近に入手できて安価なものを探さなければいけない。真っ先に思いつくものが白金線だが、そこら辺で売っているものではないし、高い。そこで、金属は諦めて代わりにシャーペンの芯（炭素）を使うことにした。これなら安いし、入手も容易だ。

しかし、シャーペンの芯は折れやすく、しかも炎の中に入れると割れて飛び散る恐れがある。従って、炎の中に入れる際は注意が必要だ。そこで、後から色々な線材を試してみた結果、0.3mmφのステンレス線でもそれなりに（もしかするとシャーペン以上に）耐えると分かった。ステンレス線はシャーペンの芯ほど安価で一般的なものではないが、折れたり飛び散ることがなく、安全である。なお、本稿ではシャーペンの芯を使っている。



電極が決まったところで、装置を作る。実にいい加減なものだ。プラスチックの角材に穴を開け、その穴にビニール線をはんだ付けした１mmφの銅棒を通す（写真左）。さらに、銅棒の先には、シャーペンの芯をビニールテープで巻いて取り付ける（写真右）。接触不良が心配な取り付けだが、しっかり巻いておけば大丈夫だろう。台座は、粘土だ。包装にパンダの絵が描いてあるからといって、ガキのオモチャだと侮ってはいけない。加工や調整に手間いらずの粘土は、手抜き工作に持って来いなのだ。

いい加減ながら、装置も整ったところで電気抵抗を計ることにする。使用した測定器は、日置電機の3804デジタルハイテスタだ。仕様によれば、４０ＭΩまで１０ｋΩの分解能で計れるとある。



電気抵抗を計るため、テスタのテストリードに接続したシャーペン電極を炎の中に入れる。炎を抵抗器と見立てるには炎との電気的な接点がもう一点ないと回路にはならないが、わざわざ電極を用意する必要はない。炎の根本はバーナに接触しているのだから、バーナの自体に、もう一方のテストリードを繋げば良いのだ。ここは、みのむしクリップだけで事が足りる。高温の中で赤く光り輝くシャーペンの芯は何となくおっかないが、眺めていると美しく、心が和む。


手始めに上の写真のような状態で計ったところ、２ＭΩ付近をうろうろするという結果になった。なるほど、蝋燭はダメでもブタントーチならテスタで計れる程度の電気抵抗になるらしい。

炎は生き物らしく、何も触らなくても抵抗値はチラチラと変動する。さらに、火力や電極を挿入する位置などを変えると、抵抗値が大幅に変わる。そこで、最も電気抵抗が小さくなるよう、探ってみることにした。

実験してみると、火力はとろ火でも全開でも駄目で、電気抵抗が最も小さくなる「程良い」強さがある。また、不完全な燃焼では電気抵抗が大きくなるようで、燃焼はできるだけ完全な状態にすると良い。例えばバーナの吸気口を塞ぎ、ガスに空気を混ぜないで燃やしたときに生じる赤い炎の抵抗値は、測定限界以上である。

電極を入れる位置にも「程良い」場所があるようだ。調べた結果、図１のように外炎の先端よりやや内側に電極を入れたところで、（調べた中では）電気抵抗が最も小さくなった。内炎の中心など、バーナに近い場所では、逆に電気抵抗が大きくなる。

これは大変興味深いことだ。普通の物体ならば、断面積が変わらない限り物体の長さに比例して電気抵抗は大きくなる。しかし、炎においては必ずしもそうならず、電極の位置を変えただけで電気抵抗は著しく変わる。その理由は、なぜ炎に電気伝導性があるのかに着目すれば説明できそうだ。

そういった条件を考慮して電気抵抗を小さくする努力を行った結果、１００ｋΩ〜２００ｋΩ程度まで下げられた。

化学反応によるイオン化の最初の反応は

　CH ＋ O → CHO⁺ ＋ e^-

であり、次いで

　CHO⁺ ＋ H₂O → H₃O⁺ ＋ CO

となる。このほか多いものに C₃H₃⁺ があり、これは

　CH ＋ C₂H₂ → C₃H₃⁺ ＋ e^-

と推定される。

おまけのスナップ。左の写真は、炎に入れられたシャーペンの芯が割れて飛び散った細かい破片である。橙色の物体は、26AWG のビニール線だ。そして、右の写真は炎によって「研がれた」シャーペンの芯の「切っ先」である。シャーペンの芯ですら、炎の中に暫く入れておくと燃えてしまうのか、摩耗してくる。結果的に、こういうものが出来てしまうのだ。