前回、1821年にファラデーが電磁回転の発見をしたことをお伝えしましたが、 今回はその10年後の1831年に、電磁誘導を発見したという お話と実験です。 ファラデーが電磁誘導の発見をする前の、1821〜1831年の10年間にも、 有名な科学者達が、さまざまな研究を行っています。 1823年 に ウィリアム・スタージャン(イギリス) が、最初の電磁石を発明しました。 1824年 に アラゴ（フランス）が、アラゴーの円盤を発見。 1826年 に ゲオルク・オーム（ドイツ）が、オームの法則を発見しています。 ファラデーの電磁誘導は、大きく分けて３回 のビッグな発見がありました。 �@1831年8月29日 　　鉄の輪に2本の導線を巻き付け, 片方の導線には電池を、もう片方に検流器を取り付けました。 　　そして電流を流したり、切ったりしたときだけ検流器の針が振れることを発見しました。 　　この装置は、鉄心にコイルを巻いているので、電磁石になっています。 　　電流をオン、オフにすることによって、　 　　　　　　　　　　　　　コイル内の磁力が変化して起きる現象だとわかりました。 �A1831年10月7日 　　�@の結果を受けて、電磁石じゃなくて、永久磁石でも、同じ現象が起きるのではないかと 　　想定し、コイルの近くで永久磁石を動かしてみました。 　　すると同じように永久磁石を動かしたときだけ 　　検流器の針が振れて、電流が発生することを発見したのです。 �Bそして、その数ヵ月後　 　　両側に磁石を置いた状態で銅の円盤を回転させると、電気が発生することを発見しました。 　　これは、アラゴの円盤を改良して考えた装置ですが、 　　機械エネルギーを電気エネルギーに変えたことにより、今の発電機の原型となりました。 今回はこの�@の原理を利用した実験を行ってみます。 用意するもの ・直径0.5�o程度の 　　　　　ｴﾅﾒﾙ線 約0.7m ・直径0.3�o程度の 　　　　　　ｴﾅﾒﾙ線 約3m ・サンドペーパー　　※１ ・発光ダイオード　　※２ ・5�pくらいの長さの釘 ・単3アルカリ乾電池1個 ・電池ｹｰｽ・ﾐﾉﾑｼｸﾘｯﾌﾟ付ｺｰﾄﾞ ・※1 エナメル線・サンドペーパーはホームセンターで購入出来ます。 ・※2 発光ダイオードはホームセンターや電器店で販売しているところは少ないですが 　　　ネット販売で購入することが出来ます。 作り方・やり方 �@ 釘に0.5�oのエナメル線を巻きつけます。 　 エナメル線の両端は、サンドペーパーで 　 こすって被覆をはがします。 これを電池に繋ぐと、電磁石になることを 　　　　　　　　確認してみましょう！ 回路が熱くなるので気をつけてね。 �A �@の上から0.3�o程度のエナメル線を巻きつけます。 　 この両端もサンドペーパーで被覆をはがします。 �B 0.3�oのエナメル線に発光ダイオードを取り付けます。 これで完成で〜す！ 実験をする前に、発光ダイオードの特徴を見てみましょう！ �@ 発光ダイオードは、流れる電流は少ないのですが、 　 点灯するときに赤・橙・黄・緑色では２V程度、 　 白・青色で３V程度の電圧が必要です。 　 そのため、1.5Ｖの乾電池1個では点灯しません。 �A アノード（陽極）・カソード（陰極）の極性があり、 　 長い足がアノード、短い足がカソードです。 　 長い足を電池のプラス極、短い足をマイナス極に接続する 　 することで点灯します。 今回作った装置では、0.5�oのコイルと0.3�oのコイルを、 同じ向きに巻いた場合と違う向きに巻いた場合で 接続方法が変わります。 左のように長い足と短い足をそれぞれ、 　　　　　　　　プラス極マイナス極に接続して下さい。 それではやってみましょう。　 エナメル線と電池を接続したり離したりを繰り返します。 なぜなの考察・原理 なぜ、ずっと点灯するのではなく点滅するのでしょうか？ ファラデーが1831年8月29日に発明をしたファラデーリングのように、 電源を入れたり切ったりするときだけ、電磁誘導が起きて点灯をするので、 電源の入り切りを繰り返すと点滅状態になります。 なぜ、１.5Vの電池1個で点灯したのでしょう？ 0.5�oのエナメル線の巻き数より0.3�oのエナメル線の巻き数の方が多くなっているからです。 １次側の電圧　　　　　　１次側の巻き数 ２次側の電圧　　　　　　２次側の巻き数 この関係があるので、0.5�oのエナメル線と0.3�oのエナメル線の巻き数に比例して発生する電圧が上がったのですね。これは変圧器の原理ですね。 「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。