不思議な物

2004/12/20 ホームページ移転

　ホームページを移転しました。 新しいアドレスは、http://www.hamusuta.net/hushigi/です。

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2004/12/13 浜松科学館

今週は、浜松に行ってきました。
浜松科学館に行ってきましたが、そこには、ウイムスハースト静電発電機が展示されていました。私の製作したウイムスハースト静電発電機との違いは、
・円板が大きい。
・アルミ板の数が多い。
・円板のアルミ板は、２枚の内側にあり、円板に鉄の棒か何かを通して、外側でブラシに接触している。
・ブラシは、金属の筆状のもの。
・電気の取り出し部分は、非接触で、ブラシはない。
・全体的に頑丈そう（笑）

　これを見て良いと感じたのは、ブラシと、円板の接触部分でした。私の場合、円板にアルミテープを貼り付けただけ（CDの場合は、深さ0.5mm程度の溝）のため、アルミの無い部分にも、ブラシが接触して、抵抗が大きくなっています。一方、展示してあるものは、丸い金属のナット（？）が接触するようになっているため、円板部分には、接触しません。この方が円板に傷が付いたり、あるいは、私のようにブラシに電導性のゴムを使っている場合に、ゴムが余計に削られたりせず、良いだろうと思いました。
　このような工夫で摩擦抵抗を低くすれば、非力なモーターでも、円板を回せるのではないかと考えています。ちなみに、モーターの電源として、乾電池ではなく、実験用の電源を使ってみようとしたことがあったのですが、私の所有する実験用の電源は、２Aまでしか出力できないため、出力不足で回りませんでした。

　あとがき
　ウイムスハースト静電発電機としては、浜松科学館にあるものの方が、一般的な形状をしています。私の製作したものは、自分なりの工夫が取り入れられているため、異なっているわけですが、その工夫が意味のあるものであるかは、検討不足です（笑）
　現在、新しいサイトを準備中です。来週の移行を目指しています。

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2004/12/06 本（Homemade Lightning）


　以前、掲示板で紹介していただいた「 Homemade Lightning: Creative Experiments in Electricity (TAB Electronics Technical Library)」という本を購入しました。この本には、ウイムスハースト静電発電機の制作方法が詳しく紹介されているので、ウイムスハースト静電発電機を製作してみたいと思っている方には、お勧めの本です。洋書ですが、図が多くあるので、英語が苦手でもなんとかなるでしょう。図を見るだけでも、楽しくなる本です。
　私は、時間があるときにでも、じっくり、読んでみようと思っています。

　あとがき
　静電気で、ろうそくの炎が形を変えることを利用して、電気が風に乗るかを調べる実験を行ったのですが、うまく、いきませんでした。ストローにアルミ箔を巻いた部分（2004/11/29　参照）に、無条件に、炎が寄ってきて、発電機に繋いだときと、繋がないときの差が見えなかったのです。これについては、もう少し、実験してから公開したいと思います。
　毎週、日記を更新しているのですが、HTMLのタグ打ちが面倒になってきました。過去の日記の検索ができないのも不便です。そこで、ホームページをリニューアルしようかと考えています。

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2004/11/29 しゃぼん玉実験

　しゃぼん玉を使って、静電気の実験を行ってみました。
　
　左の写真は、CDを洗面所に縦に貼り付け、静電誘導発電機の片方の極を繋いだものです。
　右の写真は、ストローの先端にアルミ箔を巻きつけたものです。

・何もしないで、しゃぼん玉を作ると、しゃぼん玉は、まっすぐに洗面所に落ちていきました。

・ウイムスハースト静電発電機を回して、しゃぼん玉を作ると、CDに引き寄せられました。次に、ストローの先のアルミに同じ極を繋いで、しゃぼん玉を作ると、同じように、しゃぼん玉はCDに引き寄せられました。ただ、しゃぼん玉は、あまり、大きくはなりません。すぐに割れてしまいました。

・ダイロッド静電発電機を繋いで、しゃぼん玉を作ると、全く影響なく、しゃぼん玉は落ちていきました。

　考察
　発電機を繋ぐと、CDには静電気が溜まり、それが、しゃぼん玉を引き寄せると考えられます。ブラウン管のテレビに埃が吸い寄せられるのと同じ原理です。
　次に、ストローの先端のアルミ箔に同じ極を繋いで実験したのですが、こちらは、原理的には、同じ極（＋あるいは−）を持つため、反発するはずでした。しかし、実験では、そうならないところをみると、しゃぼん玉に電気が移っていないのかもしれません。
　ダイロッド静電発電機の場合には、影響がありませんでしたが、この理由はわかりません。発電力が弱いのかもしれません。

　計画倒れ
　計画では、この実験では、アルミ箔を通して、しゃぼん玉が帯電し、CDと反発するはずでした。これが、第一段階で、次の段階では、アルミ箔の場所を口元に移し、アルミ箔としゃぼん玉が、直接、接触していなくても、しゃぼん玉が帯電することを調べるつもりでした。これが、うまくいけば、電気を空気の流れに乗せたことになり、静電誘導風力発電機への応用が期待できたのですが、計画倒れとなりました。

　あとがき
　割れないしゃぼん玉作りは、奥が深く、結局、適当なところで、妥協してしまいました。難しいものです。
　しゃぼん玉による実験は、ここで、あきらめ、箔検電器を使って、実験することにしました。こちらの方が、正攻法なのですが、しゃぼん玉を使った方が面白そうだと、回り道をしてしまいました。（笑）

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2004/11/22 アルミホイルのダンス

　「ガリレオ工房の本」を読んでいると、気になる実験があったので、試してみました。 写真のように、磁石の上にアルミホイルを細く切ったものをアーチ上に渡し、セロハンテープで止め、乾電池を繋いでみました。


　観察
アルミホイルは、上の方（奥）に勢いよく、ねじれました。
次に、乾電池を逆に繋ぐと下の方（手前）に、ねじれました。
磁石を横（転がるように置く）にして、表と裏が奥と手前になるように置くと、上の方（奥）にねじれました。
アルミホイルの上の方（奥）に、磁石を横（転がるように置く）にして、表と裏が奥と手前になるように置くと、アルミホイルが右の方に寄りました。

本に書いてある通りには動かないところが面白いところです。実験なんて、そんなものですね。（本の記述の一部が間違っているような気もしますが）
また、アルホイルが右や左に寄ることがあるのは盲点でした。考えれば納得ですが、知識だけでは思いつきません。

　あとがき
　「ガリレオ工房の科学あそび〈PART1〉家族そろって楽しめる新ワザ70選」を読みましたが、子供向けとはいえ、大人が読んでも、「これは使える！」という、ひらめきが得られて面白いです。
　先週からの続きは、まだ、本格的に取り組んではいませんが、壊れにくいシャボン玉に挑戦中です。洗剤と水だけだと、すぐに壊れて実験に使えません。洗濯のりと砂糖を使うと良いらしいので、のんびりとやっていきます。

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2004/11/15 光電効果？

　電気が空気の流れに乗って運ばれるかを確認するために、シャボン玉を使ってみようかと実験中です。その実験中に、ふと気づいたことがありました。

　晴れた日より、曇りの日の方が、ウイムスハースト静電発電機の発電量が多いように感じるのです。曇りの日は、湿度が高くなるので静電実験には不向きだと思っていたので、意外に感じました。曇りの日は、暗くなるので火花が見やすいだけかとも思いましたが、そうでもないようです。他の原因としては、気温が下がっていることも考えられますが、暖房で部屋を暖めていますから、あまり関係ないかもしれません。
　原因として、今、考えているのは、光電効果です。金属に光を当てると電子が飛び出す現象で、コピー機の一部にも、この効果が利用されています。太陽の日差しを静電発電機に当てると、光電効果により、CDに蓄えられた電子が飛び出し、発電量が落ちるのではないかと考えています。
　確かめるには、晴れた日に、発電機を回せば良いだけなのですが、天気が悪いので確認できずにいます。

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2004/11/08 静電誘導風力発電機２

　以前、静電誘導風力発電機に挑戦しましたが、失敗しました。再挑戦です。

　原理
　静電誘導による発電は、下の図にあるように、導体に電荷を近づけて、電気を偏らせ、導体を分離することにより、電気を得ます。得た電気を使って、静電誘導を起こし、この繰り返しにより、大きな電気を得るのが静電誘導による発電の基本的な原理です。ケルビン静電発電機では、導体に水を使っています。ケルビン静電発電機の水の代わりに、空気を使って発電できないかと考えたのが、静電誘導風力発電機です。


　導体の場合は、上の図のように、電気の偏りが起きますが、絶縁体（誘電体）の場合は、下の図のように、＋−が対になって並ぶだけで、電気が偏りません。これでは、電気を取り出すことは不可能です。空気は、絶縁体ですから、静電誘導により電気を取り出すことは不可能に思われます。しかし、まじりっけのない水（純水）も絶縁体ですが、これに不純物が混じることにより、電気を通すようになり、発電に利用できるようになります。空気にも、電気を運ぶ物質が混じれば、発電に利用できるのではないかと考えました。

　しかし、電気を偏らせることができたとしても、次の問題は分離です。＋と−に分けることができなければ、電気を取り出すことができません。どこかに、電気の通り道があると、そこから電気が流れ出してしまいます。

　風の流れを使って静電誘導発電を行うには、少なくとも、３つの問題を解決しなければいけないようです。
・どうやって、電気を偏らせるか
・どうやって、電気を分離するか
・どうやって、分離した電気を取り出すか

　アイデア
　電気を偏らせるために、静電誘導の部分にはアルミを使いました。これにより、アルミの中では、電気が偏って存在します。アルミを尖らせることにより、周りの空気中にある微粒子を帯電させることができるのではないかと考えました。
　微粒子が帯電した後、＋と−は別のストローを通り、風の流れに乗って、回収する部分に移動します。（電気の分離）
　ストローの出口部分では、電線の網があり、電気を回収します。

　あとがき
　アイデアは、悪くないと思うのですが、前回は、うまくいきませんでした。考えが間違っているのかもしれません。
　この実験が成功すれば、雷の発生するしくみに新しい説を唱えることができるかも。（笑）

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2004/11/01 ウイムスハースト静電発電機（中間完成）

　マブチモーターを使って、発電機を回すことに成功しました。
・・・クリックすると拡大されます。
発電の様子［動画］（wims.wmv　1.5MB）

　改良点など
　プーリを作り直し、プーリ比を変えることで、モータで回せるようになりました。
これにより、いつも、ほぼ、一定の速度で回転させることができ、同じ条件で比較することができるようになりました。

　動画の音は、実際の音とは、かなり異なります。火花の散る音は、バチバチと、まさにノイズなので、圧縮の過程で、全く別の音に変換されてしまうようです。

　あとがき
　要望がありましたので、次回は、静電誘導風力発電をテーマにしてみたいと思います。

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2004/10/25 ステッピングモーター

　ステッピングモーターを使って、一定の速度で発電機を回すことに挑戦しました。


購入品
・PICステッピングモータドライバキット（秋月電子通商）
・ステッピングモータ（大阪、日本橋で購入）

　結果として、力不足でした。スペックの分からないモータを購入したのが失敗でした。一般的に、ステッピングモータは、力が弱いといわれています。今回は、そのことを実感したのでした。

　あとがき
　ステッピングモーターは、大きいサイズも購入していますので、いずれ、もう一度挑戦するつもりです。ただ、ステッピングモータドライバキットと、モータの電圧が一致しないため、ドライバを用意する必要があり、いつ挑戦できるか未定です。
　次回は、これまで使ってきたマブチモータを使って、発電機を回します。動画も用意する予定です。
　今月は、いろいろな出来事があり、ほとんど、実験できない状況でした。最後に追い討ちをかけたのが台風で、雨漏りの被害を受けました。地震でも、結構、揺れています。

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2004/10/04 改良

　今週は、ウイムスハースト静電発電機の細かな点を改良しました。
・ワニ口クリップ付きの線を使用していた部分を、太目の銅線に代え、ネジでしっかりと固定。
・２枚のCDの距離を、0.5mmほど縮める。

　これにより、発電が安定してきました。これまでの発電機の中で、電圧は、一番、高いと思われます。
　今後の予定としては、ステッピングモーターを使って、一定の速度で回転させることと、CDのアルミ部分の模様を、どのようにすれば効率的かを調べていくつもりです。

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2004/09/27 ウイムスハースト静電発電機４

　円板部分が、PET材の大きな物の場合、様々なアルミ板の形状を試すのに手間が掛かるため、円板をCDに代えてみました。これは、これまでの発電機との比較を行うためでもあります。
・・・クリックすると拡大表示されます

　観察
　CDを使っても、発電を確認することができました。円板が小さく、軽くなったため、モーターを使っても回転するのですが、電気が溜まってくると、その抵抗に負けてしまい回転が止まってしまいます。

　あとがき
　ウイムスハースト型の発電では、２枚の円板にあるアルミ板の位置関係により、発電量が異なってくるのではないかと予想しています。誘導子の部分で、２枚のアルミ板が向かい合わせになる方が良いのか、それとも、ずれていた方が良いのか、これから調べてみたいと思います。これにより、ウイムスハースト型の発電原理が理解できると思っているのですが、さて、どうなるでしょうか。

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2004/09/20 ウイムスハースト静電発電機３

　ウイムスハースト静電発電機を動かしてみました。手で回すと、球ギャップで、1cm以上の間隔で放電することもありますが、機械としての動きが、ぎこちなく、そのため、不安定です。
　最初は、弱い力でも回るのですが、電気が溜まってくると、かなりの力が必要になってきます。このとき、２つの円板が、くっついてしまうため、接触による摩擦が影響していると考えました。この対策として、写真のように、２つの円板の間に、2mmのアクリルの棒を差し込み、円板同士が接触しにくくしてみました。


　観察
　少々、軽く回る感じがしますが、それでも、電気が溜まってくると、重くなるのは同じです。放電させていれば、電気が溜まらないので、軽く回るのですが、放電させないと重くなっていきます。
　このことから、２枚の円板に貼り付けたアルミに異なる極性の電気が溜まり、互いに引き付けあい、２枚の円板が接触して摩擦抵抗が増えることは、それほど問題ではないことがわかりました。それよりも、異なる極性の電気が溜まり、互いに引き付けあって、離れようとしないことが、回転を妨げている原因のようです。

　あとがき
　電気が溜まってくると、回転しにくくなり、最後は、ベルトが滑って円板が回転しなくなってしまいます。まだまだ、改善の余地がありそうです。
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2004/09/13 ウイムスハースト静電発電機２

　ウイムスハースト静電発電機を組み立ててみました。手で回すと、球ギャップで、5mm以上の間隔で放電します。しかし、まだまだ、未完成です。
・・・クリックすると、拡大されます。

　現状の問題点
・モーターの力と、円板を回す力について計算しなかったため、モーターでは回りません。回転数を上げるために、プーリーの比を厳しくしたのが失敗でした。
・下の写真のように、２つの円板がくっつくため、回転させるには、かなりの力が必要です。


　観察
　最初に、手で回してみると、それほど重くはないのですが、発電されるにつれ、次第に重くなっていきます。最初、２枚の円板には、１mm程度の隙間があるのですが、電気が溜まってくると、接触し、それが抵抗となります。円板のPETに強度が足りないため、元々、たわみがちなのが、更に悪化してしまいます。
　電気が引き合う力が強くなるために回転しにくくなるとも考えられますが、まずは、２枚の接触をなんとかしなければ、そのあたりは分かりません。
　球ギャップの距離を、更に広げていくと、発電機内部のどこかで、放電している音が聞こえてきました。このあたりにも改良の余地がありそうです。

　あとがき
　組み立てて、すぐに放電が確認でき、しかも、かなりの電圧が得られるようなので、まずまず、満足しています。これから、更に改良していきます。
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2004/09/06 CDの利用４

　静電誘導発電機の円板部分に、CDを使った場合、溝の数を１２にする場合と、２４にする場合について調べてみました。
　溝の数を１２、つまり、円板の上のアルミを１２枚にする場合と２４枚にする場合では、２４枚の方が力強い火花が発生しましたようにみえました。しかし、これは、誤差の範囲にも思えます。

　実は、平面コンデンサを接続して、この実験を行い、放電の時間間隔を測ろうとしたのですが、平面コンデンサを接続した場合、放電が発生しませんでした。そのため、このようなあいまいな結果しかわかりません。

　あとがき
　この実験より、とりあえず、次の発電機では、２４枚にしてみようと考えています。
　製作中のウイムスハースト静電発電機では、円板に厚さ１mmのPETを使ってみたのですが、歪みが大きく、２枚の円板を平行に保つのが難しいです。いつ、完成するかは、未定です。
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2004/08/30 ウイムスハースト静電発電機

　ウイムスハースト静電発電機（Wimshurst electrostatic generator）を製作中です。


　ウイムスハースト（ウィムスハースト）静電発電機の発電原理については、以前に説明したので省略しますが、私は、未だに、原理を理解していません。だったら、作って確認しようと製作中です。（笑）
　これまでの経験を生かし、放電の間隔が、1cm以上になることを目指し、円板を大型のものにしています。
　現在、モデラで、部品を製作しているのですが、大変時間が掛かっています。旋盤を使っていたなら、たぶん、１時間も掛からない部品だと思うのですが、削り始めてから、数日経過していますが、未だにできていません。
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