教材・教具のいろいろ  

  2014.08.20

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行方不明だったのですが・・・ やっと,見つけ出しました

 

単 極 子 磁 石 かな? 

 

もうかなり以前のことになるのですが,とある鉄工系の大企業の開発担当者に見せていただいた物を 「むりやり」 譲り受けたものです。見た瞬間,どういうものかすぐ理解できるのですが,一般的には 「えっ??」 と思える代物です。

 両端が 「N極」 の磁石など普通ありませんし,ましてや全体が「N極」の単極子磁石など絶対にありえません。

 

 ということで,お分かりのこととは思いますが,中央部が「S極」の磁石になっています。 磁石を作ったことがある人は少ないと思いますが,鉄の棒にコイルを巻きつけ強い電流を流して 「着磁」します。以前は短い棒磁石(特に板状)への着磁はかなり難しく,逆に非常に長い磁石も困難だったようです。

 そのむかし,クーロンが磁極間に作用する力を調べる際,非常に苦労して「長ーーーい」棒磁石を作ったそうです。

2014.08.20

 

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手作り,強力バンデグラーフ

  の紹介

 

今月のファラデーラボにおけるクリスマスレクチャのあと,小中高授業実践・教材教具・実験交流会があり,とんでもないものが紹介されました。写真ではサイズがわかりにくいかもしれませんが,市販品より一回り大きいバンデグラーフです。こんなものを自作してしまうというとんでもない人は大谷高校の豊田先生です。

 

 静電気の実験はその日の天気に左右されてしまい,梅雨時や夏場にはうまく静電気が発生しないことが多く,生徒たちからも非難が出たりしていました。しかし,いろいろ工夫がされており,ほぼ天気に左右されず,また何よりすごいのは,10センチ以上の火花がとんでくれることでした。

 

 上の帯電球はイ・ヤで販売されている,料理用のステンレスボールです。ゴムベルトはわたしも苦労した経験があるのですが,トレーニングバンドで,ループにする際ボンドではなく加熱接続しているそうです。

 回転ローラは上下を平行にするのに結構苦労するのですが,本当にすごい工作をされています。

これだけのすごいものなら,普通は実験室での使用を前提にするはずですが,なんと,電池駆動できるようにしているため,普通教室でも実験できるのです。持ち運びは大変でしょうが・・・・

 

こんなものを見せられてしまうと,わたしが目指すのは超小型バンデクラーフ(前任校には高さ10センチのものがあり,いずれ自作してみようと考えていました。)と,帯電球を上下可動にするものです。これは,加速器で使われているそうです

 

2013.12.26

 

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ウィムズハースト誘導起電機 

 

この実験装置は古い学校でも稀にしかないかもしれませんね。また,埃をかぶっているだけでなく,破損していることが多いと思います。前任校でも,また現任校でも破損しているだけでなく,一部のパーツが不足していたりします。

 この機械の発電のしくみはかなり厄介で,うまく説明できません。初めてであったときは理屈がわかりませんでしたし,発電もできませんでした。

 しかし,うまく作動してくれると場合によっては下の誘導コイルやバンデグラーフより高い電圧が出せるそうです。何とか,復活させたい機械です。

 

13.01.03

 

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誘導コイル

 

 この実験装置も古い学校だとたいてい埃をかぶって放置されていると思います。本校でも物理に1台,生物にも少しタイプの違う小型が2台あり,すべて埃まみれでした。接点がさびてしまっていて高電圧が出ませんでしたが,磨いてやると元気になりました。

 迫力があり,アークも凄いので生徒たちも喜んでくれますが,危険極まりないですね。バンデグラーフは若いころだと平気で触れることができましたが,これはとてもそんな気になれないですね。

 また,駆動電源(写真の後ろ側の機械)が必要となるとともに,接点の劣化早いため,時間をとって現代版に作り変えたいと思っています。

 

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変圧器 

 

  この実験装置は古い学校だとたいてい埃をかぶって放置されていると思いますが,先日のファラデーラボでの研修会で「知らない」という人がいたので紹介します。5通りのコイルがあり,大きく重い鉄心の両側に装着し,それぞれのコイルの巻き数に比例した電圧となることを確認するものですが,左端の変な形のコイルはいったい何に使うのか,という疑問が湧くことでしょう。

 

 太さ10mmの銅線でできていることから,すぐ大きな電流を流せるものだということはすぐ理解できますよね。

 1次側  500回巻き  5A  とすると,

 2次側   5回巻き 100A  

の大電流が取り出せそうです,

 (実際には磁束の漏れなどで電力は相当落ちますね) 

 

 これだけの電流が取れると,「電流の周りの磁力線」の観察などもできるようですね。でも,そのあたりのパーツはなくなっています。

 

 しかし,私が理解している使い方は,左下の写真にあるように,このコイルの端には変な端子がついていて,ここに薄い2枚の金属板をはさみ,電流を流してやるとジュール熱で「溶接」をすることができるというものです。

 

 ずいぶん以前に実際にやってみたことがありますが,割と簡単にできてしまいます。ぜひ一度「スポット溶接」をしてみてください。

 

 12.12.19

 

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 高電圧放電の面白い実験を久しぶりにやってみました。といっても,確か高校生のときに見せてもらったことがあるくらいだと思うもので,いつのことかまったく記憶がありません。

 

 放電電極が紛失してしまっていて,急遽手作りしたため調整に手間取っていましたが,何とかうまくできるようになりました。

 

 

  動画は こちらを

 

2013.01.17

 

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誘導モーター

 

この写真を見ても何をする物かわかり難いかもしれませんね。右端に取り付けられているものは,我が家で長く使われていた洗濯機のモーターの残骸です。交流では,ブラシも整流子も必要としないモーターがあります。単に渦電流を利用するものですが,なかなか内部を見ることが無いので,こんなおもちゃにしてみたのですが,兵庫物理の実験名人のUさんが興味を持たれたのでもらわれていきました。もうずいぶん以前のことで,私自身が忘れ去っていたのですが,先日,ファラデーラボでUさんが思い出させてくれたので,ここに登場させることにしました。

 中心の針金に指したアルミ缶が何も無いのにくるくる回ってくれるのはそれなりに興味をそそってくれるようですし,「どうして?」と思わせてくれるものですね。

 

※ この装置は面白いと言ってくれる人があるので「缶動機」と名前をつけています。興味がある人には何台か作る予定があるので欲しい人は連絡ください。

 

 

 

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  これは,簡単に作れるので

 こんな物でもよければ欲しい人は連絡ください。

 

 

積算電力計

 

この積算電力計は,学生寮で使用期限が切れたためすべて交換するというので,大量に貰い受けたものです。かなりの物は物理サークルなどで欲しい人に差し上げてしまいましたが,まだまだ沢山残っています。

 最近の物はデジタル式になってしまっていて,渦電流を利用して使用電力量を求めているのだという説明がしにくくなってきています。せっかく沢山あるので,台に取り付けて電源につなげるようにしておけばいろいろ実験もできるだろうということで,少しばかり木工工作をしてみました。

 

 電流計を取り付け,電圧,電流,電力の関係を求めたり・・・・と思ったのですが,電流計は例によって交流の物がありません。しかし,クランプメーターがあるので,少しばかり配線を工夫し,いつでもクランプメーターを使えるようにしています。

 

 

 

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クランプメーター 

 

  また,久しぶりに大阪日本橋に行くことになり,いつものお店に直行しました。今回も,今進めているプロジェクトのためのパーツ探しが目的です。特にピンフォトダイオードを何とか探したかったのですが,使えそうなものや話題に上がっているものはありませんでした。

 で,あきらめていつものお店で掘り出し物がないかを探していると目に入ったのがこれで,なんと「DC電流」が測定できるということで躊躇なく購入しました。6000円弱ですから後数台,急いで買ってみませんか。

 ちなみに,ネットで実売価格を調べてみると1万円以下のところはなさそうでした。かなりお買い得だと思います。手に入れたい人は早めに千○通商へ

 

※ 以前ガイガーカウンタの安売りがあったときも,とり合えず自分のものだけでもと,なけなしの小遣いをはたいて1台だけ購入しましたが,先日訪れた時には1個も残っていませんでした。

 

  クランプメーターは電流を測るものですが,電流が流れている銅線を切って割り込ませる必要がありません。なぜ,そんなことができるのかと疑問に思う人も多いかもしれませんが,高校物理で学習したことで理解できるものです。 相互誘導です。

 

 ただし,最近まで交流しか測れませんでしたが,直流を測れるものがたくさん出回りだしました。この測定原理も高校物理の範囲内のことです。 ホール効果を使っています。 

 

2011.12.19

 
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定電圧・定電流電源装置

  もう20年位前に自作したものです。当時の勤務校にはまだきちんとした電源装置がなかったため,急遽自作することにしたのですが,今よりも忙しいくらいの状況でよくがんばれたものだと思います。

 とある半導体データブックにあった応用例を参考にしたものですが,指定のパーツがすべてUSAのものであったため,パーツ集めにはそれなりに苦労しました。

 現任校には,きちんとしたものが2種類あるのですが,長年使い慣れたこの電源が使いやすいため,今でも現役でがんばってくれています。


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簡易定電流電源装置

  足さん が電気二重層コンデンサーの実験に使う電源が欲しいということで,この機械を思い出しました。これも相当以前に作ったものですが,見てのとおり廃物利用です。三端子レギュレータに抵抗をつけるだけの定電流電源です。

 ロータリースイッチをつけ,0〜100 mAまでの定電流を選択できます。抵抗はそれなりに調整しましたが,苦労の割に制度はいまいちです。

 最近あまり使わなくなってしまったのですが,コンデンサーの実験にはよく使っていました。

 内部には,トランス,ブリッジダイオード,平滑コンデンサー,三端子レギュレータ,ロータリースイッチだけです。

捨てるのももったいないので

 

 

 

 

 職場にあったずいぶん古いパソコンを処分した際,残しておいたものです。旧規格の電源は使って使えないことは無いものの、やはり部品取りになってしまいます。

 今回は,ちょっとしたお遊びで,改造して可変電圧電源にしようとしたのですが,結構ややこしいことをしているのであきらめ,そのままの設定電圧の電源にしました。

 特によく使いそうな12ボルトは4Aの容量があるのでそれなり使えそうに思います。

 5ボルトはもっと大電流が取り出せるのですが,あまり利用価値は無いですよね。

 

 このタイプの電源は後何台かあるので何とか頑張ってバッテリー充電器にしたいともくろんでいるのですが,・・・・

   2010.11.2

 

  ※ 定電流のコントローラと電流計をつける計画です。            2011.07.20

大容量コンデンサー 

 

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 (15年ほど前(かな?), 1Fというとんでもない大容量コンデンサーが出始め驚いたものですが,近年さらに大容量化が進み,ついに10000F 級のものも出ているようです。

 今回は教材工作の材料 ということで,120Fを購入しましたが,廉くなったもので1000円程度で購入できるようになりました。さて,これでどの程度のことが出来るでしょうね。

 

 ちなみに,(超単純計算ですが)

    120 F= 1 A × 120 s 

 ですから,そこそこ明るい豆電球を2分間近くともすことができますね。(たった???)

 では,LED だと

  120 F = 20 mA × 6000 s

 ということで約100分です。これだと一応実用??

 

 

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電磁誘導 

 

 これは,前任校での最後の工作にしようとしたものです。電磁誘導を見るもので,転がっていたアクリルパイプとインダクタンスがやたら大きなコイルを組み合わせただけのものです。

 コイルの中にもう一本細いアクリルパイプを通し,ネオジム磁石を落として誘導起電力を観察しようとしたのですが,コイルのインダクタンスが大きすぎ,写真のような昔の弱い磁石でも検流計が振り切れてしまうため,完成には至りませんでした。

 コードをつなぎかえるとLEDを光らせることができます。

 

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ネオンランプの検電器

 

 ネオンランプが手に入らないので、探してほしいと知人から頼まれていたネオンランプがたくさんあったので、ついでに作りました。

 意外と知られていないことですすが、家庭のコンセントの一方は、『コールド』とか『アース』とか呼ばれていて、触っても感電することがありません。

 もう一方は、『ホット』と呼ばれ、触ると感電します。そんなことを調べてどうしようというのだということになるかもしれませんが、学校のコンセントなどでは反対になっていることもままあるようですから、一度調べてみてください。

 

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 セレン整流器 

 

  足さんの工作から「ショットキーダイオード」が話題になり、よく聞く名前であるものの,どういうダイオードなのかよく知らないままであったため,ちょっと調べてみました。すると,なんとセレン整流器もその手のものであることがわかりました。

 子供のころ、交流を整流するというと、2極管(整流管)という真空管かこのセレン整流器しかなかったですね。

 

 当時のテレビの高圧部にもセレン整流器のスタックが使われていたと思います。

 


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 シャカシャカライト

 

 物理サークルの足さんからのメールに刺激を受けて久々の工作をしました。ネオジム磁石を用いた誘導起電力の発生装置で、LEDが光ります。

 材料は、ボールペンの軸、ネオジム磁石、LED2個、ホルマル線

(0.1mm)など・・・

 ホルマル線は約1000回巻きます。巻き方によっては、1000回も必要なさそうです。

 コンデンサーをつけ、充電してから必要なときに必要なときにランブとして使用できるようにしたいですね。

 転がっている材料ばかりで作ったので、少し貧弱です。時間ができたらもっとまともなものにしてみます。

 

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