おもしろ実験と自由研究「フランクリンモーター実験の改良版」

「新電気６月号」に掲載している「フランクリンモーター」の改良版です。送電線を絶縁状態に近い状態にすることで、良くまわるようになりました。塩ビ管を使用せずストローを使用し、より手軽に実験出来ます。また回転子がまわりやすいようにアルミホイルの形に工夫をしてみました。プラスチックコップの底の中心にボールペンでくぼみをつける。 6cm×4cmのアルミホイルを4枚用意し 4cmの両側を5ｍｍずつ折り返してからプラスチックコップに貼り付けます。 15cmの長さに切ったストローの先を尖るように切り、紙粘土に固定します。そこに先ほど作ったプラスチックコップを置いて　　　　　　　　　　　　　　　　　回転子の完成で～す！アルミホイルを25cm×10cmに切り、左の写真のように旗の部分を残して 2cmくらいの幅に折っておきます。旗の先は丸く切っておきます。これをプラスチックコップの内側に入れて、テープでとめておきます。そしてプラスチックカップのふたの上に置いて、送電線の完成で～す！送電線と同じアルミホイルの旗を作り、プラスチックコップの外側に貼り付けます。　　　　　　　　　　　　　　これで接地線の完成で～す！出来上がりはこんな感じです。送電線、接地線の旗が回転子のアルミホイルに触れるか触れないかくらいのところまで近づけておきます。それでは回してみましょう！ストロー3本を束ねて、テープで固定しておきます。これを、ナイロンやウール素材の服や靴下などでよくこすってから送電線に近づけます。なぜ「フランクリンモーター」は、クルクル回るのでしょう？物質を摩擦したり接触したりすると、右の図のように、電子が移動し、プラスやマイナスに帯電します。このときプラスやマイナスに帯電しやすいものの順位があって、それを「帯電列」といい、大まかなものを挙げると右のようになります。下の左の図のように、帯電した物質を、帯電していない物質に近付けると、静電誘導が起こります。そして、右の図のように、接触させると、電荷が移動します。今回作ったフランクリンモーターは ①ストローに静電気が起きてマイナスに帯電しています。 ②ストローを送電線に接触させると送電線にマイナスの電荷が移動します。③送電線のマイナスの電荷の影響で、コップにはったアルミホイルは　静電誘導が起きて電荷が移動し送電線に引き寄せられます。 ④そうすると今度は送電線がコップのアルミホイルに引き寄せられて接触し、電荷が移動します。 ⑤この状態になると反発力が起きて回転をはじめます。 ⑥そして接地線のところで、電荷は放電されていきます。これらの状態が繰り返されてクルクル回るのですしかし、実物をよくよく見てみると、実際にはアルミホイル同士が接触しなくても、かなり接近した状態にあればクルクル回っています。これは空気中に含まれる水蒸気によって、電荷が運ばれるからです。純水は抵抗が高く通電しにくいのですが、空気中の水蒸気は不純物を含んでるので電荷を運ぶのですね。冬の乾燥した日に静電気がおきやすいのは、空気中に含まれる水蒸気の量が少ないために物質に発生した静電気が拡散しにくく、物質の中にたまったままの状態になっています。そしてその物質にさわったときには、ビリッってくるのですね。この実験でも送電線をコップの中で切り離し、水を満たしてやってみると・・・なんと！これが回るんですよ！水道水はやはり色々と不純物が混じっているのですね。ならば･･･ということで、豆電球と乾電池で回路を作ってみましたが、さすがにこれは豆電球の点灯はしませんでした。電流を測ってみたところ、0.1mA程度の電流は流れていました。「智恵の楽しい実験教室」「智恵の楽しい実験教室各号の紹介」「おもしろ実験と自由研究」「色の3原色と光の3原色」　　　光の3原色(加色混合)と色の3原色(減色混合)の違いをシュミレーションしながら計算方法まで解説しています。「プラコプターを飛ばそう！」　　　簡単に出来て、子供たちも飛ばすことに夢中になる実験です。「行ったり来たり」　　　ゴムの弾力エネルギーを運動エネルギーに変換。振り子も位置エネルギーを運動エネルギーへ。何だか似てますね。「フランクリンモーター改良版」　　　静電気で回る、フランクリンモーター。送電線の絶縁効果を高めたので、よくまわります。「踊るセメダイン」　　　表面張力に注目し、わかりやすく解説をしています。「ファラデーの電磁回転」　　　世界初の電磁力で動くモーターの作り方と原理、ファラデーの功績を紹介。「ファラデーの電磁誘導」　　　1831年にファラデーが発明した電磁誘導の説明と実験を紹介。「電磁調理器を使ってUFOを飛ばそう!」　　　電磁誘導を利用して加熱する仕組みの電磁調理器を使って、アルミホイルを浮かせます。「ピカピカモーター」　　　1.5vの乾電池1個では点灯しないはずの発光ダイオードが電池1個でクルクル回転しながら点灯します。「モーター発電＆逆起電力」　　　モーターは発電機と同じ構造をしていること、モーター回転しているときには逆起電力が発生する仕組みがわかります。ヘンリーの功績も紹介。「単極モーター」　　　「単極モーター」は電池、くぎ、磁石、導線があれば、簡単に出来ておもしろいほど回ります。回る原理はくぎからの漏れ磁束が起因してると考えます。フェライト磁石とネオジム磁石の特徴も解説。「ミニ掃除機」　　　ミニ掃除機は簡単な工作で作れます。応用版として自動掃除機にも挑戦！「イライラ棒」　　　「イライラ棒」は回路を２回路にしたことで、電極棒がコースから離れてもライトが点灯し続けます。「電気ブランコ」　　　「電気ブランコ」はフレミング左手の法則を利用してゆらゆら揺れます。スイッチを工夫したことで電池が持続する限り揺れ続けます。「イライラ棒」　　　「イライラ棒2」はリレーを使って自己保持回路を作ることで、電極棒がコースから離れてもブザーが鳴り続けます。最も簡単な自己保持回路の説明を動画でわかりやすく解説しています。「風船紙コプター」　　　「風船紙コプター」は風船から出る空気の圧力を利用して、回転しながら上昇をします。「温風かざぐるま」　　　「温風かざぐるま」は対流を利用してクルクル回ります。「くるくる糸」　　　「くるくる糸」はベルヌーイの定理（流速の速いところでは気圧が下がること）を利用して糸がクルクル回ります。「アイスキャンデー」　　　「アイスキャンデー」は氷と塩を使ってマイナス20℃の状態を作り、ジュースを凍らせます。凝固点降下の説明もあります。「不思議なペットボトル」　　　「不思議なペットボトル」は水を少し入れただけでどんどんお水が出てきます。大気圧と水圧に注目して考察してみました。「ファラデーの電磁回転左側の装置」　　　「ファラデーの電磁回転左側の装置」1821年にファラデーが作った世界初のモーターの実験装置の左側の装置の回転方向を検証します。「電気分解と燃料電池」　　　「電気分解と燃料電池」は水に食塩を入れて電気分解を行い、その後電気分解で発生した気体（水素と塩素）を使ってモーターを回したり発光ダイオードを点灯させます。「ガウス加速器」　　　「ガウス加速器」は磁界に置かれた鋼球(パチンコ玉)がポテンシャルエネルギー(位置エネルギー)を持ち、それを運動エネルギーに変換しながら速度を上昇させていきます。「くるくるマグネット」　　　「くるくるマグネット」は磁石2個の間にCDをはさみ、下側の磁石を斜めにした状態で移動させると、上の磁石がクルクル回転します。上の磁石にマスコットを乗せて簡単なおもちゃを工作します。「コヒーラ」　　　「コヒーラ」は圧電素子を押して高電圧による火花放電で電磁波を発生させ、その電磁波でアルミホイルの酸化皮膜を破り、モーターを通電状態にします。