中学生が行う自由研究で静電気を使った実験をいくつか取り上げましたが、
今回は静電気振り子の実験です。
静電気振り子静電誘導という現象を学ぶのに最適で、中学ではその原理を理解することが大切です。
振り子の実験は材料も特別なものを必要としないので取り組みやすくて手軽なので、是非やってみてください。
それでは早速とりかかりましょう。
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必要な材料
では用意するものをリストアップしてみます。
・清涼飲料水の空き缶(アルミニウム製)2個
・ストロー
・画鋲
・裁縫用の糸(15センチほどの長さ)
・画鋲の針と同じサイズのビニールチューブ
・発泡スチロールの台、またはプラスティックトレイ(缶や装置が全て乗る大きさ)
・塩ビパイプ、下敷きなど
・キッチンペーパー、またはティッシュなど
・紙やすり
特に下に敷く発泡スチロールの台やプラスティックトレイは帯電した電気が逃げないようにするためのもなので、十分な大きさが必要です。
画鋲は適切なサイズのビニールチューブがない時はセロテープ等で留めても構いません。
これらを組み立てて実験を開始します。
静電気振り子の実験をしてみる
先ず、用意した材料で下の画像のように装置を組み立てます。
作り方のコツは空き缶のプルトップにストローを上手く通して固定します。
画鋲がちょうど当たる両方のアルミ缶の位置を紙やすりで擦ってアルミの地金を出しておきます。
◆実験の手順
①装置を組み立てて、用意した塩ビパイプをキッチンペーパー、ティッシュ等で擦る
②片方うのアルミ缶に塩ビパイプに近づける
◆どんなことが起きるのか
吊るされた画鋲は左右のアルミ缶にぶつかりながら往復を繰り返し、やがて動きは止まる。
画鋲がアルミ缶に当たる時に音を立てるので「振り子ベル」とも呼ばれます。
ではこの動きはどうして起こるのか原因を考えてみましょう。
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静電気振り子の原理
塩ビパイプを擦ることで負の電気に帯電します。
これをアルミ缶に近づけるとアルミ缶の塩ビパイプ側にプラスの電荷が集まります。
こうすると反対側(画鋲側)にはマイナスの電荷になります。
すると画鋲のアルミ缶側にプラスの電荷が集まり、アルミ缶と引き合ってくっつきます。
画鋲がアルミ缶にくっつくと、画鋲がマイナスの電荷をもらい、負の電荷を帯びます。
するとアルミ缶と画鋲共に負の電荷となるので反発し合ってもう片方のアルミ缶の方へ移動します。
画鋲がもう片方のアルミ缶にくっつくと、マイナスの電荷はアルミ缶に移動し、画鋲は再び反対のアルミ缶に引き寄せられます。
これを繰り返して、画鋲がマイナスの電荷を塩ビパイプを近づけた方のアルミ缶から反対のアルミ缶に運び、両方の電荷の量が同じになったところで動きが止まります。
この現象をきちんと理解してレポートにまとめるようにします。
静電気振り子のレポートのキモは
レポートにまとめる際には静電気振り子が動く原理は擦った塩ビパイプに帯電したマイナスの電荷が画鋲を通して近づけた反対のアルミ缶に運ばれ、電荷の量が同じになると動きが止まる事を明確に説明しましょう。
この原理は静電誘導と言う現象から始まります。
◆静電誘導
マイナスに帯電したものをある物質に近づけると、電気力線が出て近づけた物質の陽子(プラス)が引き寄せられ、電子(マイナス)は遠ざけられる。
塩ビパイプとアルミ缶で最初に起こった現象です。
この実験は塩ビパイプではなくても下敷き、定規など塩化ビニール素材の物なら何でも可能です。
レポートの書き方について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！で説明していますのでそちらも参考にしてみてください。
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2016-04-19 08:56
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