用意するもの ・マブチモーター・タッパー ・発光ダイオード2個　 ・0.3�o程度の銅線 ・ストローか厚紙 ・電池ケース1個と単3乾電池2個 　　　(新品1個、使用済み1個）　 ・ﾐﾉﾑｼｸﾘｯﾌﾟ付ｺｰﾄﾞ2本 ・粘土　 ・小さいﾏｲﾅｽﾄﾞﾗｲﾊﾞｰ・両面テープ ・セロテープ・瞬間接着剤 ・マブチモーターはホームセンターで購入出来ます。ダイソーの小型扇風機などから取り出すことも･･･ ・発光ダイオードはホーセンターで入手出来ないときは、ネット購入で入手できます。 作り方・やり方 �@ モーターを分解します。 ケースの爪の部分を小さなマイナスドライバーを使って起こします。 キャップが外れると、 こんな感じです。 ケースの中の磁石は、ピンで固定されているので、それを外せば取り出すことが出来ます。 分解図 キャップの中には、金属製のブラシが入っていて、これも分解して取り出すことが出来ます。 ブラシは2枚に分かれていて、整流子に電気を送る役割をします。 今回は、このブラシを使用せず、 　　　　　銅線をブラシの代わりに使います。 この部分、整流子は3枚に分かれています。 ブラシから電気をもらって、 　　　　ローターを回転させる役割をします。 �A 本体を組み立てます。 磁石をもう一度ケースに入れ、ケースの前の方になるようにピンで留めます。 ワッシャーを手前に引っ張り出します。 ワッシャーを引き出して隙間の出来たところに発光ダイオードを取り付けて、 少し反らすように曲げておきます。 発光ダイオードは、はんだ付けが 好ましいのですが、写真のように セロテープで留め、ほんの少しだけ瞬間接着剤で留めます。 瞬間接着剤は、整流子のところまでしみ込むと、光らなくなりますので、ワッシャーとダイオードの足をくっつけるようなイメージでね。 今回ははんだ付けではなくこの方法でやっています。 発光ダイオードを取り付けた反対の軸に、 5cmくらいの長さに切った銅線を巻き付けて、ローターが奥の方までいかないようにします。 使用済みの単３の電池のプラス極を下にして、粘土を土台にして立て、 マイナス極の上にはモーターのケースを両面テープで貼り付けます。 そこに先ほど作ったローターをケースに入れて、本体の完成で〜す！ �B ブラシの代わりに、電気を送る電線を作ります。 タッパーの下に、ストローや厚紙などを貼り付けて タッパーが真っ直ぐ立つように 高さ調整をします。 銅線を使って電線を張ります。 ２本が接触しないよう、 １本ずつ、セロテープで貼り付けます。 電線は3mmくらいの間隔で、 ピンと張る感じでね！ 整流子が電線にピタッと 当たるようにします。 タッパーの中に�Aで作った本体を入れ、 ミノムシクリップ付きコードを使って配線をしたら、完成で〜す！　 なぜなの考察、原理 なぜ電池1個で発光ダイオードが点灯するのでしょう？ 「ファラデーの電磁誘導」のところでも書きましたが、発光ダイオードは1.5Vの乾電池1個では点灯しません。 消費電流は少ないのですが、電圧が1.7〜3Vくらいないと点灯しないのです。 しかし、ピカピカモーターの発光ダイオードは乾電池１個でも、ピカピカと光るのはなぜなのでしょう？ モーターは反対方向に回転させたら発電機になるから！？ でも今回は、反対方向に回転を与えてるわけではなく、ちゃんとモーターとして動いています。 モーターは回転すると逆起電力という逆方向の電圧が発生して、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.5Vより下がるので、発光ダイオードは尚更 点灯しなくなります。 よく見てみると、赤と青とそれぞれ3箇所ずつの決まった位置で点灯しています。 　　　（ガタガタ回ると光が散乱してわかりにくいのですが、よく見てみるとどうもそんな感じです。） 今回使用したマブチモーターの整流子に注目してみると 3枚に分かれています。 この3枚の整流子が回転をしながら、ブラシ(今回の装置では電線)から電気を受け取ります。 3枚のうちの1枚にはプラス極に接続したブラシが接触し、 　　　　　　　　　　　　別の1枚にはマイナス極に接続したブラシが接触して電気が送られる仕組みです。 しかし、整流子の隙間がブラシに来たとき、ほんの一瞬ではありますが、乾電池から電流が送られないときがあります。電流が流れていない状態でも、その一瞬は、モーターには慣性力がついているため、回転を続けるので、発電機になります。磁界の中でコイルが回転して電気を取り出す仕組みですね。 ローターが1回転する間に、整流子の3つの隙間はそれぞれプラス極とマイナス極のブラシのところに来ますから合計6回。ここで点灯！？ でもそのときの発電電圧って、はたしてどれくらいあるのでしょうか？ 回転しているモーターの電圧を測ってみましたが、常にプラス方向（電池からの供給電圧）の1.1〜1.4Vの間という結果でした。整流子の隙間がブラシを通過するのは瞬間のことなので、私の持ってる精度の悪い電圧計ではせいぜいこんなもの・・・実際はこの瞬間は0以下になるのでしょうけど、発光ダイオードを点灯させるだけの電圧が出ているかどうか？わかりません。 そうこう考えながらも、実験をやってる途中で、あれ？って思うことがありました。 電源を繋いだ状態でモーターがうまく回転しないときでも、 　　　　　　　　　　　　　　　整流子とブラシが接触する位置によって光ります。 モーターが回転していないのなら、上に書いたように発電機にはなりません。 これはなぜかしら？と思い、ローターをケースから取り出して 　　　　　　　　　　（磁界のない状態で）整流子とブラシを接触させてみました。 　　　　　　　　すると、なんと点灯するじゃあ〜りませんか！ 調べてみた結果、図のようになった状態のときで、整流子とブラシが接触又は離れるときだけ点灯するということがわかりました。 これって、「ファラデーの電磁誘導」のところでやった現象そのものですね。 すなわち整流子とブラシが接触又は離れるときに電磁誘導が起きて点灯してるんだぁ！ということがわかります。 今回点灯した理由は、自己誘導と言って、 コイルに流れる電流を変化させたときに、その変化を打ち消す方向に電圧が発生したためだと思います。 つまり、発光ダイオードが繋がっているところのコイルに流れている電流を急に入れたり切ったりすると、 反対向きに電圧が発生します。 　　　そのため、発光ダイオードの極性は、アノード、カソードが反対になったところで点灯します。 　　　　　　　　　　　eは誘導起電力で、Lは自己インダクタンス、�冲は瞬間の時間で、�凾hは瞬間の電流です。 　　　　　　　と表すことが出来ます。 このときに発生する電圧は、はっきりわかりませんが、コイルの巻数の二乗に比例することになり、 それなりの電圧が発生して、発光ダイオードが点灯したと思います。 そこで再度、回転しながら6箇所で点灯する理由を考えてみると、 　　ブラシが整流子の隙間を通過するときに、電源がオフ、オンの状態になり、 　　　　　　　　　　　　　　　電磁誘導が起きて発光ダイオードが点灯したと考えます。 「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。