水力発電の実験 ペットボトルを使用した簡単な装置

水力発電の実験についてはこのブログの記事

http://yorozudailynews.blog.so-net.ne.jp/2017-05-18

で装置の作り方を含めて一度解説していますが、

今回は実験装置を簡単にして、より多くのケースを観察できるようにする工夫をします。

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使用するのはペットボトルや牛乳パックなど日常使っている物ばかりなので、特別にそろえるものは少ないです。

本格的な装置ではなく簡単にする意味は装置のパーツを変えたりして、様々な条件で実験できるようにするためです。

装置のパーツは作るのに時間がかかると実験そのものに費やす時間が減ってしまうので、時間のない時は自由研究のテーマとしては敬遠されがちです。

その点を解消する方法を取り上げましたので、時間がないときの参考にしてください。

実験装置を作ってみる

◆用意するもの

まずはこの画像を見てください。



今回作る水力発電装置を簡単に描いています。

・シャフト受け：ペットボトル２つ(２リットルのもの)
・水車：発泡スチロールの丸棒、牛乳パック
・シャフト：ストロー
・モーター：市販の風力発電実験用のもの
・ゴムチューブ
・ピンチコック
・ボンド(多目的ボンド、ビニール用など)

この中で用意するのは発電用のモーターくらいです。

参考までにこのように安い値段で各種ありますので好みのものを選んでみてください。

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この他セロテープ、マスキングテープ、カッターナイフを用意します。

◆作り方

①シャフト受けを作る

２リットルのペットボトルを途中から切って、シャフトにするストローが入るように穴をあけます。

あるいは上の部分に溝を付けます。

②水車を作る

直径２センチくらいの発泡スチロールの丸棒を用意します。

幅、１．５センチ程度に切って、羽根を付けるための溝を付けます。

羽根が牛乳パックを切ったものを使用します。

２㎝×２㎝に切ったものを６枚から８枚用意します。

羽根を付ける前に丸棒の中心に穴をあけてストローを通します。

最後に羽根を差し込んで取り付け、接着剤で固定します。

③モーターと水車を繋げる

羽根をシャフト受けにセットたら、モーターがシャフトと同じ高さになるように適当な台を用意してその上に乗せます。

モーターの軸にセロテープかマスキングテープを巻いてストローの内径に合わせます。

最後にストローに差し込んで完成です。

水車が回った時に空回りしないように調整してください。

④水を落とす装置を作る

２リットルのペットボトルの底の方を切ります。

キャップに穴をあけてコムチューブを通します。

回りを接着剤で埋めて水漏れを防ぎます。


これで装置は完成です。

ペットボトルに付けたゴム管はピンチコックで挟んで閉じておきます。

それでは実験の方法を紹介します。

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水力発電の実験方法

◆基本的な操作

水車の羽に向かってゴム管から水を落とします。

落とす位置が決まったら、ピンチコックを開いて水を落として、モーターについている電球が点くかどうかを観察します。

◆この実験で比べること

モーターの電球が点いて発電されていることを確認したら、次の実験を行って違いを比べてみましょう。

①同じ実験装置で水を落とす高さを変えてみる。

このときに電球の点灯の様子に変化があるか。

ゴム管の口から羽根までの距離は変えずに水を入れたペットボトルの高さを変えます。

高さは地面から４０㎝の時、６０㎝の時、など正確に記録して結果にまとめます。

②水量を変えて実験してみる。

ペットボトルに付けてあるゴム管の太さを変えてみます。

ペットボトルのふたを数個用意して、それぞれ別の太さのゴム管をセットしたもの作っておきます。

同じ高さから、太さの違うゴム管を使ったばあに発電に変化があるかを観察します。

③水車の羽の数を変えて実験する。

最初は水車の羽の数で発電量が変わるかどうかを実験する。

水車の羽が６枚の時、８枚の時、１０枚の時、４枚の時などで記録を取ります。

あらかじめ違う羽根の数の水車を作っておいた方がよいでしょう。

特別な材料ではないので、作り足すのも簡単ですし、ストローの内径に合わせてモーター側にテープを巻いてあるので差し替えるだけです。

この実験はすべて同じ水量で行って結果を比較します。

④水車の幅を広げてみる

水車の羽の数はそのままに、幅を広げてみます。

シャフト受けのペットボトルの幅が限界ですが、１．５㎝、３㎝、４．５㎝などで実験結果を比較します。

この際も水の量は一定にします。


これらの結果をもとに発電量が多くなる条件を考察してレポートにまとめましょう。

まとめ方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！

で紹介していますので参考にしてください。

小学生のレポートでしたら、電球の光の強さで結果をまとめてもよいと思いますが、中学生以上ならテスターを使用して電圧を測定した方がデータとしてはより確実です。


水力発電の自由研究は装置が複雑で面倒くさいと敬遠されがちですが、今回紹介したものなら、簡単に作れて様々な実験が行えます。

夏休みは少し余裕をもって充実した実験レポートを仕上げてください。

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