静電気と言うと冬にバチッと来る嫌われ者のイメージがありますよね。
でも、自由研究の課題としても注目されています。
特に中学生は授業の内容と重なる方がレポートにまとめやすいもの。
実験は湿度管理がきちんとできる部屋で行うか、湿度が高くない季節が適しています。
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手軽なものはストローを擦って、蛇口から流れている水に近づけるのが一番簡単ですが、写真や動画で記録したりしないとレポートにしにくいですね。
そこで、実際に実験を行う装置を作って、目の前で再現出来たら一番説得力もあります。
今回お勧めする静電気モーター(フランクリンモーター)はそんな点で静電気の発生を考えて再現できる現物が残るので工作も兼ねた理科の実験になります。
静電気モーター(フランクリンモーター)を作る準備
◆用意するもの
・アルミ缶(清涼飲料水のもので可)２つ
・台所用アルミテープ(粘着テープになっているもの)
・アルミホイル(電極とアースを作るもの)
・セロテープ
・使い捨てのプラスチックコップ
・発泡スチロールの板、或いはプラスチックトレー
・キャップが出来る小ビン
・プラスティックストロー、定規、下敷き
・サンドペーパー
・ピン(プッシュピンが使いやすい)
出来るだけ身の回りの物を利用して作りましょう。
◆準備
①先ず、プラスチックコップに１センチ前後の幅に切ったアルミテープを縦に均等に貼り付けます。
②アルミホイルで細い帯を３本作り、両方のアルミ缶に画像のようにセロテープで取り付けます。
③片方のアルミ缶にアースの役割をするアルミの帯を机や地面に接するように貼り付けます。
④小ビンの上にプラスチックのコップをプッシュピンで落ちないように乗せます。
⑤プラスチックのコップが自由に回ることを確認してください。
⑥異常を全てプラスチックトレーか発泡スチロールの上に乗せます。
⑦両方のアルミ缶に付いたアルミの帯がコップすれすれになるように位置を調整してください。
これで準備が整いました。
では、実験に入ります。
静電気モーターの実験
実験方法は簡単です。
①ストローを擦ってアースの付いていない方のアルミ缶に近づける、あるいは缶にくっつける。
②下敷きをティッシュで擦って同じように近づける。
③定規をティッシュで擦って同じように近づける。
プラスチックのコップが回るのが観察できると思います。
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◆上手くいかない時は
・湿度が高すぎる為、静電気が起きない可能性があります。
部屋にエアコンをかけて除湿して湿度を下げてください。
・アースはきちんと地面か机に接しているか確認してください。
・プラスチックコップが回転しないほどピンが強くささっていないか確認してください。
・コップの底の中心にピンがあるかどうかを確認してください。
うまく回らないときはこのいずれかに該当すると思います。
学校で再現する時は教室の湿度によっては静電気が発生しにくい場合がありますので注意してください。
コップが回転する理由
では、静電気モーターがなぜ回るのかを考えてみます。
と言うよりもネタバレですね。
この画像を見てください。
先ず、ストローや、定規、下敷きを擦ると負に帯電します。
これを電極であるアルミ缶に近づけると、コップと電極との間で強い電界が生じます。
するとストローや定規、下敷きを近づけた電極から電子がコップに貼ったアルミテープに放電されます。
アルミテープは負に帯電するので電極との間に反発が生じてコップが回転を始めます。
どちらの方向に回転するのかは回転が始まるまでは分かりません。
また、アースの付いているアルミ缶の側でも放電がおこります。
先ず、電子がコップに貼ったアルミテープから電極に移動し、アルミテープが正に帯電して性に帯電している電極との間に反発が生じ、回転がはじまる。
このような力が両方の電極とアルミテープとの間で起きているため回転が持続します。
電子の移動と反発する力が静電気モーターのカギですね。
マイナスの負荷を持った電子はマイナスからプラスに移動します。
電流はプラスからマイナスに流れます。
思い出してくださいね。
この実験は静電気の力と電流と電子を理解することにもなるので、中学校の授業の内容とも合っていると思います。自由研究にはもってこいですね。
ただ、夏休みには湿度の低い、部屋やエアコンの除湿で環境を整えてから行った方がよりうまくいくと思います。
気をつけて欲しいのは
下に敷くトレイは電気を通さないものを使用することです。
アースしてある電極のアルミ缶まで電気が逃げないようにしないと上手くいきません。
自由研究の実験レポートのまとめる時はこのブログの記事
夏休みの自由研究 中学校理科のレポートはこう書く！で詳しく解説していますので参考にしてみてください。
静電気モーターは材料も安く手に入りますし、理科の授業の内容にも重なる部分が多いのでぜひ自由研究で行ってみてください。
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2016-04-14 19:23
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