|
|
3/16に工作講習会をすることになり，電磁石の作り方を再検討しました。小学生でもすることですが，いざ誰でも失敗無しに，というといろいろ問題がありました。
コイルを巻くための「ボビン」として良いものがなかなか見つからなかったのですが，100円ショップを物色していて良いものを見つけました。
ミシン用下糸用ボビンで，材質も強度があり，10個100円です。穴は6ミリのビスがちょうど入ります。
あとは，適当な太さのエナメル線（ホルマル線）をどうするかです。学校の準備室にありそうなものとしては，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0ミリだと思うのですが，0.6以上のものは太すぎます。
下の 古い記事 でも 0.2ミリ程度のものを使っていて，ある程度のことはわかっていますが，念のためデータを取ってみました。
|
|
|
鉄球は16ミリのものにしていますが，乾電池2本とするのであれば，0.2ミリの線を300回巻きでしっかり保持してくれます。工作するのに，そう苦労もないと思います。
３Vで0.6Ａ程度で，少し電流が大きいようで，電流を流し続けていると熱くなります。電池が元気なうちは１８ｍｍの鉄球も保持できましたが，余裕を持たせるためにはもう５０回ほど巻く方がよいかもしれません。
６ミリのビスは磁化することもないので，焼きなましも必要ありませんでした。
※ 左の表で抵抗値はテスターで測定したものです。
これと， 電圧/電流 の値が一致しないところがありますが，エナメル線が細く，幾分接触不良があったり，低抵抗ゆえの測定誤差が原因かと思います。
※ 数Ωの抵抗の測定には，十分注意する必要があります。測定値を妄信する人がいますが，きちんと確認してください。
最近安価になってきた，RLCメーターでコイルの内部抵抗が 測定できない ものがあり注意が必要です。
なぜでしょうか？ 理由を考えてみてください。
このように小さな値の抵抗値は本来
「ホイートストンブリッジ」を使うべきです。
|
|
|
電池ホルダーはスイッチが付いているもの（写真左）の方が工作しやすいです。価格は差がありません。台となる板に厚手の両面テープで張り付けます。
リード線と電磁石のエナメル線ははんだ付けした方がよいのですが，苦手な人は捩ってつないでもしばらくは大丈夫でしょう。
出来上がりは１６日以降に発表します。
|
|
|
|
|
以下，旧作です。
|
自由落下の実験器具を作ってみたいというご要望があり，私のようななんでも材料をそろえてしまう人間ではない場合を考え，少し工作方法を追加します。
「簡単実験」の 「自由落下 その2」の落下装置は材料さえそろえば工作は非常に簡単ですが，電磁石の手頃なものがなかなか入手できません。私は，いろいろな不要となった家電製品を分解し，使えそうな部品を収集しており，その中から 「リレースイッチ」 なるものを使用しています。乾電池の数を少なくしたいため，3ボルト用のものを使っていますが，そのようなリレースイッチがあまり使われていないことがわかってきました。
そうなると，小学生の工作に出てくる電磁石の制作に取り掛かることになります。写真右の電磁石は，4ミリのボルトに0.23ミリのエナメル線を600回巻いたものです。もっと丁寧に作りたいところですが，試作機ということで適当に巻いています。この電磁石に乾電池２本を接続してみたところ，左側の直径１６ミリの鉄球は吊るせるのですが，右の直径１８ミリのものもかろうじて吊るすことができました。さらに，その際流れる電流は５００ミリアンペアにもなるため，何回も実験していると電池がすぐに消耗してしまいます。
|
|
|
20130903追加
もう少し細いエナメル線があれば・・・，ということで手持ちを探してみると0.17ミリのエナメル線がありました。試しに1000回程度巻いてみみました。（これだけ細いものだと，電池に接続する際に細すぎて困ることになると思います。・・・・）
これだけ細いと抵抗値が大きくなり，同じ電圧でも電流が小さ
くなってしまいます。
3ボルトでは 100ミリアンペア程度 14ミリの金属球はOK
5ボルトでは 150ミリアンペア程度 14ミリの金属球はOK
18ミリ △
6ボルトでは 170ミリアンペア程度 18ミリの金属球もOK
でした。 発熱は感じられません。乾電池4本でちょうど良さそうですね。
|
|
|
では，材料を揃えて製作に取り掛かります。用意するものは写真のように,厚紙,乾電池ホルダー，トグルスイッチ（どんなものでも可）だけですが,あと工作するためには木工用ボンド,水性塗料，ラバーマグネット，両面テープなどが少々。
まず,全体の配置を決め,厚紙を切り取りながら３枚張り合わせます。
※ 工作方法は（こちらを）
|
|
|
今回，注意する点はビースピとの関係です。落下球がビースピの中心を通過するようにしておかないと，球がビースピに激突してしまいます。
金属球がビースピの中央を通過できる位置に電磁石の中心部をそろえます。厚板の上に小さな厚板を何枚か張り合わせて台を作るとよいと思います。この台に電磁石を乗せ，ボンド（ホットボンドが工作しやすいですね）で固定します。
（今回は工作を簡略化するため，２枚の小さな板を立て，そこに電磁石を挟み込むようにしました。後の部品は両面テープやホットボンドで固定していきます。
部品を固定する前に，全体に水性塗料を塗って起きます。はじめは塗料を少し軟らかめにし，二回目，三回目は濃くしてやると郷土もしっかりしてくれます。 |
|
|
あとは，電気の工作です。半田付けが良いのですが,苦手な場合はそれぞれの端子にリード線を巻きつけておいてもよいと思います。
出来上がりました。スイッチがむき出しで，あまりカッコよくはないのですが，とにかく簡単に作るためと言うことで，これで良しと・・・
<
これだけ電池をつけてやると，１８ミリの金属球もしっかり固定できました。 |
|
 |
上のように,ボルトを使用して電磁石を作ると,実はちょっとした問題が生じます。ボルトの頭にある 十字のみぞ が邪魔をし，球の位置も不安定になってしまうのです。ボルトの頭が仮に平らであっても，金属球とは点接触になってしまうので少し工夫が必要ですが，簡単にできる良い方法が見付かりません。
いまのところ，頭が丸い（なべボルト）の場合は，左の図のように頭を削り取り，太いドリルで丸いくぼみをつけるようにしていますが・・・・・もう少し簡単に，効果的な改善策を考えます。
ボルトの頭を使うのは間違いですね。
|
|
|
手持ちのリレースイッチはいくつかあるのですが，すべて６ボルト以上の電圧を要します。乾電池を４本でも良いというなら，こういうものを分解し，電磁石部分だけを取り出して使用ると工作しやすいと思います。ただ，部品を購入しようとすると一個５００円程度するようです。
左下のものは，取り出した電磁石です。説明
|
|
|
電気回路としては，スイッチを切った際に生じる逆起電力を吸収させるため，左の回路中央にあるダイオードをコイルに並列につけています。(スイッチを切ったときにいろいろあるのですが、なくても良いです)
スイッチも乾電池ホルダーについているものを購入すればよいと思います。
※ 電磁石については、いろいろな取り組みがありますが、多くの人は0.4ミリのエナメル線を500回巻くようにしているよう
です。1000回巻くのもそう大変なことではないとは思うのですが、少ないほうが楽ですね。
でも、流れる電流のことや電磁石の大きさを考えるともっ と細いもので巻き数を増やすほうがよいように思うのですが ・・・・
また、中の鉄心には「残留磁気」の影響があるため、場合によっては「焼きなまし」が必要になるのですが、普通の鉄製のボルトで特に問題はないと思います。
2013.08.29
|
|
|
以下，旧作です。
ちょっとした思い付きで左のような実験装置を作ってみました。ぶら下がっているスイッチでスタート,下のスイッチでストップというきわめて原始的『ローテク実験』です。
例によって設計図もなしに,ありあわせの材料で思いつくままに作りました。ストップウォッチだけは１００円ショップで買い，結局のところ２日もかかってしまいました。
早速テストしてみたところ，５4cmの落下に０.３１ s ですから，あまり精度はよくありません。 計算上は，54cmの落下に 0.33 s ですね。 0.02 s 程度の誤差は避けられないか？？？
77.5cm でもやってみましたが，同様に０.０１から０.０２ s 程度のずれがありました。
ところが，もっと困ったのは，ありあわせのスイッチを使ったため，下に置いたスイッチにきちんと金属球があたってもストップウォッチを止めてくれないことが多すぎるのです。精度は多少我慢するとしても，これでは『黒板実験』に使えそうにありません。
また,金属球のぶつかる衝撃にどこまで耐えられるかということも心配です。
とにかく,この小さなスイッチに確実に当てるというのはそう簡単ではないので,何かもっと簡単,丈夫で原始的なスイッチを作るしかなさそうですね。
|
|
こんな立派なストップウォッチが１００円です。多少の精度は我慢して（その必要もなさそうですが），改造の失敗も気にせず工作できますね。
追加
ストップウォッチの精度を調べてみました。といっても，きちんとしたメーカー製のものと約１０時間を測定しただけですが，１秒あるかないかでした。
ということは，何千円も出してストップウォッチを買うのはバカげているということですね。
ちなみに，時間信号を作り出している水晶振動子はかってはかなり高価でしたが,今はおそらく１０円しないと思います。（メーカーの人に聞いたこともあります)。後の電子部品は安くても高価でも差は生じません。それがデジタルの良いところですね。
裏蓋の小さなねじをはずし,基板を取り外します。右のスタート,ストップスイッチの部分にコードをつけてスイッチを外に引き出します。
これだけの改造ですが,ほかにもいろいろ使えそうです。
|
|
|
|
|
|
|
