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手回し発電機と電子オルゴール
今年から小6理科では,手回し発電機を使った実験が取り入れられます。
手回し発電機を使って作り出した電気で,豆電球やLEDをつけたり,電熱線を発熱させたり,あるいは電子オルゴールを鳴らしたりします。これにより電気エネルギーが光・熱・音に変わる事を学びます。(電子機器を動かす事はここではちょっと除けておくようです)

ところが,手回し発電機で電子オルゴールがうまく鳴らない・と言う話を聞きました。電子オルゴールはほんのわずかな電流(数百μA)で音が鳴るので,手回し発電機なら楽勝で鳴りそうなのに・なぜ?
 → 「電気の利用」〜キットの研究 / こちら,ほるんの生活共同組合

また,手回し発電機のモーター(発電機)になぜかコンデンサが付いているものがある・と言う話も聞きました。
 → 手回し発電機に内蔵されているコンデンサ / chiyの理科準備室

この2つの話を総合すると,どうやら手回し発電機で電子オルゴールを鳴らすのには,ちょっと問題が潜んでいそうです。
 → 関連:2010.04.18 日曜自由研究・電子オルゴール
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オシロスコープで,電流を観察して考察してみました。(骨董品のようなオシロスコープです(^^; )
実は,電子オルゴールが手元に無かったので,10kΩの抵抗を仮の負荷にしました。また,1人で手回し発電と撮影を行ったこともあり,厳格な実験にはなっていません。傾向は十分つかめていると思いますが。
(実際に電子オルゴールを鳴らしての検証は2010.04.18 日曜自由研究・電子オルゴールにて)

●単一乾電池の電流
単一乾電池の電流まず,乾電池の電流を見てみました。
オシロ画面のX軸方向が電圧を示します。中央が0Vで1マスが1Vです。したがって+1.5Vのきれいな直線的な電流であることがわかります。


●手回し発電機の電流
手回し発電の電流手回し発電機にオシロと電圧計(テスター)をつなぎ,電圧計で1.5Vくらいになるようにハンドルを回しました。
オシロ画面でY軸は時間を表します。したがって,乾電池と異なり時間によって激しく電圧が変動する,非常にキタナい電流ということがわかります。(電子工学では「リップル(リプル)がある電流」と言います)
だいたい目盛り1マスごとに山ができています。1マスは1/1000秒の表示にしてあります。電圧を見ると谷の所は1Vを切っています。

電子オルゴールの動作には,電流は少なくて良いものの,電圧は最低1.3Vくらい必要です。したがって,電子オルゴールは1/1000秒ごとに電源がOFFになってしまい,正常に曲が演奏されないのだと考えられます。
※この発電機のギヤ比は「38.2:1」です。1秒に3回くらいで回しました。モーターは3極なので1回転で3回電圧の山ができるはず。38.2×3×3=343.8 1/343.8。あれ・ちょっと計算が合わないな?1回転で山6個かな?

●手回し発電機+コンデンサの電流
手回し発電+47μF
電圧の変動を平滑化するために,モーターと並列に47μFのコンデンサを入れてみました。
若干,山のでこぼこが滑らかになった感じです。

なお,ここで使うコンデンサは,電気を蓄える実験に使う電気二重層コンデンサとは異なり,ずっと容量の小さいものです。


●手回し発電機+コンデンサ+抵抗の電流
手回し発電+47μF+1kΩさらにコンデンサの前(モーター側)に,1kΩの抵抗を入れてみました。C(キャパシタ)とR(抵抗)による,いわゆる「CRローパスフィルタ」回路です。
でこぼこは若干残るものの,さすがにかなり改善されきれいな直流電流になりました。
47μFと1kΩで,3Hz以上をカットする計算になります。
 → ローパスフィルタ / wiki
 → CRローパス・フィルタ数計算ツール / OKAWA Electric Design

下が全体の回路図です。
この回路では,抵抗が入る事でその分電圧を喰われますから,少し速めに発電機を回さないと1.5Vまで出てくれません。
フィルタつき手回し発電 フィルタ回路実物
※抵抗は発電機側に

・電気製品・電子部品には,電源の電圧が低下すると,あるところでストンと動作しなくなるものがあります。電子オルゴールの他,LEDもそうです。LEDの場合は細かく点滅しても気にならなかったのですが,電子オルゴールは動作に支障がでてしまうようです。
電子ブザーであれば,LEDと同じく細かく断続しても,気にならなかったと思います。
・レモン電池などの電池,光電池などは電圧が安定しているので,電圧さえ注意すれば問題なく電子オルゴールが鳴るはずです。
| FLYMAN あるいは hyaru | 23:26 | comments(7) | trackbacks(0) |
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Comment
ほるんさん>
どうでしょう。たぶん鳴るとは思いますが。
なんだか油断できないので,断定は避けて起きます(爆)。
Posted by: Hyaru |at: 2010/04/16 6:01 PM
ブザーで思いついたんですが・・・
防犯ブザーの乾電池のところに、極の配線に気をつけて発電機をつないで鳴らす!というのは、理論上可能ですかね〜?
娘が帰ってきたら、ブザー借りて挑戦^^
Posted by: ほるん |at: 2010/04/16 2:51 PM
電気と磁界!!
ここが目に見える教材で教えられたらありがたいな〜・・・・・
Posted by: ほるん |at: 2010/04/16 9:38 AM
chiyさん>
コメントありがとうございます。
やはり計測して客観的な数値データ化するのが,理科の基本ですね。とたんに思考が進みます。
特に電気は見えないだけに大事かも。。。
Posted by: hyaru |at: 2010/04/15 11:36 PM
メーカーから返答がありました。
オシロで波形を見せていただけるととても分かりやすいです。
こちらも事後報告ですみません。
この記事をリンクさせていただきました。

オシロ、まさに中学校の音の授業で使いました。
こんな本格的なのではなくて、
コンピューターのソフトで、音の波形が出るものでした。
目で見えないものを可視化すると理解が深まると思います。
(気のせいかもしれませんが、わかった気がする。。。)
Posted by: chiy |at: 2010/04/15 10:37 PM
ほるんさん>
これが電子オルゴールでなく電子ブザーなら,こんなややこしい事にならなかったと思うんですが(笑)。
でも,個人的にはいろいろ調べていてすごく楽しめました〜!

オシロスコープは中学理科の音のところで使うかもしれませんね。
Posted by: Hyaru |at: 2010/04/15 8:44 PM
メッセージ返信遅くなりました!
もう、PCの不調は 不便で不便で・・・
今まで使っていたタイプは2003年モデルのXP。旦那の新しいPCはワードもエクセルも2007ってのが入っているので、使い勝手が違いすぎ!
今日、やっとメール配信の場所を見つけたようなしだいです!^^

本題に戻って・・・・・
メールに書いた接続の件はここで解消したので、返信の手間はおかけしません!
並列につないで、抵抗も入れられたのですね。
1F=1000μFですか? 100μF? 
電気の流れが目で見れるオシロスコープって機械、すごいですね!!
ないわな〜?学校には・・・まだ、電気関係で試したこともない備品、何点かあるんですけどね〜・・・・・
Posted by: ほるん |at: 2010/04/15 3:02 PM








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