おもしろ実験と自由研究「イライラ棒2」

前回のイライラ棒は回路を２つに分けることにより、電極棒が一度コースに触れたら発光ダイオードが点灯し続ける回路にしました。今回はリレーを使って、電極棒が一度コースに触れたら、ブザーが鳴り続ける自己保持回路を考えてみました。用意するもの・リレー※１　　・ブザー※３・ユニバーサル基盤※２・木の板　・針金　　・単３乾電池２個・電池ﾎﾞｯｸｽ単3x2本用ｽｲｯﾁ付※４・ビニールコード　・ネジとナット・※１リレーはネット販売で購入出来ます。今回使用したリレーは３Ｖで反応する小型のもので、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　秋月電子通商で購入しました。３Ｖ小型リレー　接点容量：１Ａ・※２ユニバーサル基盤もネット販売で購入出来ます。・※３今回使用したブザーはダイソーで販売の「防犯ブザー」です。ホームセンターなどでも購入出来ます。・※４電池ボックス単3×2本用スイッチ付も上で紹介したようなお店などで購入出来ますが、　　　今回は前回使用した、「プチデコレーションライト」に付いていた電池ボックスを使用しています。作り方、やり方 ① 前回同様、針金でコースを作り、木の板にネジで固定します。　電極棒も針金で作ってビニールコードを接続しておきます。 ② ユニバーサル基盤を　　　　　適当な大きさに切ります。 ③ リレーの配線をします。 ④ リレーからの配線を、電池・ブザー・イライラ棒に接続します。　接続方法は上の図の通りです。これで完成で～す！　それではやってみましょう！コースに接触しないように、電極棒を動かします。なぜなの考察、原理今回使用した「リレー(継電器)」とはどのようなものかみてみましょう！リレー（継電器）は電磁石とバネスイッチから出来ていて、電磁石のコイルに電流を流すことによりバネスイッチを引き寄せたり離したりすることで接点を閉じたり開いたりすることが出来ます。今回使ったリレーは右の図のようになっています。上の図では、電磁石のコイルとスイッチの回路が交差しているように見えてしまうので、電磁石のB～Eを左に置いて回路を見てみることにしましょう。 B～Eの電磁石のコイルに電流を流すとスイッチはＡからＤへ切り替わり、電流が流れなくなるとＤからＡに切り替わります。ＤとＦに発光ダイオードと電池を繋いでみましょう。電磁石の方の回路が操作回路、発光ダイオードを繋いだ回路が　　　　　　　　　主回路です。操作回路で操作して主回路で動作させます。操作回路のスイッチが入ると、主回路の発光ダイオードが点灯する仕組みが　　　　　よくわかりますね！リレーを利用すると、発光ダイオードよりもっと大きな容量（直流でも交流でも）のものを主回路に繋いで、操作回路で操作することが出来ます。では次に、今回作った回路について考えてみましょう。今回使用したリレーのコイルには3V以上の電圧が必要で、ブザーは1.5Vのボタン電池3個使用の仕様になっていますが、1.5Vの単3乾電池2個でも鳴るので、1.5Vの単3乾電池2個を主回路と操作回路で共用するように回路を考えてみます。ここでも回路を考えやすいように、BとEを左にしています。実際に工作するときは、上の作り方に書いたようになりますので、間違えないようにして下さいね。 ①操作回路の接続電極棒がスイッチになるように接続をしました。 ②主回路の接続ブザーが鳴るように接続をしました。電池を共用するので、マイナスはＥに繋ぎました。これで電撃棒が回路に接触すると、ブザーが鳴る回路が出来ました。これを回路図にすると右のようになります。これを見てもわかるように、ブザーが鳴るのは電極棒がコースに触れたときだけで、コースから離れると、ブザーは止まってしまいます。コースから離れても、ずっと鳴らし続けるようにしたいので、ＢとＦの間にもう1本線を追加しますこうすることで、一旦コースに接触した電極棒がコースから離れてもブザーは鳴り続けます。これを自己保持回路と言います。「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。