マル爺のひとりごと

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16Feb
- 交流モーターを使う実験　　ちょっと難解かも
  　以前　「アラゴの円板　実験器の制作」という実験器具を作りました。渦電流で金属板が力を受けるのを実感してもらうものです。磁石の乗った円板の回転数を可変できるようにしたもので，自分としては結構良い出来だったと思います。　今回は回転数を連続可変にはせず，簡易版として三段階に可変できるようにしました。どうするかというと誘導モーター (交流モーター )に直列にコンデンサーを接続し，モーターの駆動電圧を下げてやるというものです。　直流回路だと抵抗器を直列接続し，その電圧降下でモーターの回転数を下げるというのと同じ考え方です。渦電流を直感するだけでなく，皆さん苦手な交流についてもすごく納得できるものにしたいと考えて制作を進めます。　モーターを直接AC100Vで動かす時の電流値は　160mAでしたので，「抵抗値」としてみると　　　　100/0.160 = 625Ωですから，インピーダンスが数百Ω　になるコンデンサーにすれば良いだろうということです。ちなみに　2.5μFのコンデンサーのインピーダンスはというと　　　　Zc =1/ωc = 1/ 2πfc = 1/(2*3.14*60*0.0000025) = 1061 Ω少し小さすぎのようです。　手持ちのコンデンサーで耐圧が数百ボルトのものはというとフィルムコンデンサーではあまり容量の大きいものがなく，手持ちのものだと　3.3 μF がたくさんあるので，２本を並列接続してみると　　　　Zc = 1/ωc = 1 / (2*3.14*60*0.0000066) = 402 Ω三段階の回転数にするには 1 コンデンサーなし　2 2.2 μF のコンデンサー　3 6.6 μF のコンデンサーとし，3接点のスイッチをを使います。このスイッチもみなささんが使い慣れている　扇風機のスイッチを使うと　「強，中，弱」の切り替えとしてわかりやすいかと・・・　　※　「強，中，弱」の順にするには　2 と 3 が逆の方が良さそうですね。。。。ただ，，，予想に反して色々とということで，いろいろ有り合わせの材料で試作機を作ってみました。写真でスイッチは　左から順に　0 OFF　　　1 コンデンサーなし　　　2 2.2 μF のコンデンサー 3 6.6 μF のコンデンサー0 OFFのスイッチの上に見える白いものは各部位の電圧を計測するための端子です。ここにデジタルテスターのリード線を差し込みます。磁石付きの円板は　100円ショップで販売されている4個100円のネオジム磁石です。さて，これで実際にモーターを回転させ，スイッチを切り替えていくとどのような結果が出るでしょうね。この続きをご期待してください。
23Dec
- 物理基本実験講習会，無事終了
  　例年年末に実施されるこの講習会は物理学会の支援をいただき，講師5人で色々な実験の取り組み方を紹介するものです。一応若手を対象にするのですが，以前定年前の管理職が参加されたこともあります。今回は県外の方も参加され9名の予定でしたが残念ながら２名が参加できず，7名だけとなりました。　私が担当するのは例年電気分野を中心に「簡単実験」にチャレンジしてもらいます。まずイントロとして，「マル棒」を使った滑車による力の釣り合いについて。中央の糸のなす角は ??? と質問しておき，では中央のおもりをもう一つ追加するとどうなるか・・・。例年即答できる人がいないのですが，今年はお一人が。　二つ目は　私の自信作，LED光源で「レンズの実像」と「レンズの公式」の確認。ただ，前作のLEDが一つだけのものをお見せし，　「これで何の実験ができますか」と質問を投げかけるのです。今年は「干渉」という声が上がりましたが，やはり「レンズの実像」という答えは出ません。　この二つのごく簡単な実験器具でも使い方を工夫すると色々レベルの異なる実験ができると紹介。　そして本番の実験はその１　　　今年はデジタルテスターの実習から。回路を組めない人とがほとんどであるため，今回新しい実験器具を作りました。テスターの使い他の基本事項をゆっくり説明し，まずは電池を入れずに測定練習。電池の電圧，抵抗値，各抵抗に流れる電流の測定を実施。抵抗値は精度1%のものを使用していることと測定値もその範囲であることわ確認し，その上でオームの法則がどの程度の精度かも確認しました。二つの抵抗器に流れる電流が等しいことをわざわざ確認するようなことをしている人は少ないようですが，簡単に確認できることを知ってもらいました。　　二番目の実験が　一番気合を入れて取り組んでもらいたいもので，「コンデンサーに流れる電流」の実験です。交流の実験をしたことのある人は昨年は二人でしたが今年は再びゼロでになり，いかに「交流」が　「嫌がられている」かを痛感しますよね。　変圧器でAC100 V を10 V程度に下げ，三つの陸式ターミナルに100 Ωの抵抗器と　50 μF 程度のコンデンサーを直列に接続し，電源の電圧と抵抗器の両端の電圧，コンデンサーの両端の電圧の三つを比較するだけですが，例年「足し算が合わない」という人がいるのですが，今年もややその感がある人も・・・。　「位相がずれます」ねと言うと　「三平方・・・」でスマホの電卓を取り出して・・・・。　でも，それを制止し　「もう少し直感的に確認する方法は ??」と問いかけるとわかる人がいないのです。その方法をやってみるべきでしたが，時間が足らなくなり結果説明のみに。そして，生徒向けではないと強調しつつ　　「交流電源の周波数を変えるとどうなるでしょうね」と進めます。実際に使用する電源としては，最近非常に安くかえ，かつ取り扱いも簡単な　デジタルオーディオアンプです。　スマホなどのアプリ ( phyphoxでが優れものです) 低周波信号を作り，それをBluetoothでこのアンプに送れば良いのです。上の実験装置では電源か固定れているため，別の実験装置も新しく作りました。このコードをアンプのスピーカー端子に接続します。コンデンサーも抵抗器も固定ですが，そそれぞれ並列に追加することができます。以上が　「講義」の予定事項でしたが，二つの班でそれぞれ進捗状況が変わってしまい，一部は端折ることになってしまいました。受講者の反応はまずますかと・・・　 (一部不満足の人もいたようです )あと，お昼の時間に　各講師の　「演示実験」があり，私は　二つのスピーから出る音の干渉　と　交流モーターを利用した，アラゴーの円盤 ( 渦電流を体感する ) その内容については，後ほど紹介します。　こう，ご期待を !!
08Dec
- デジタルテスターの練習器の制作　　- オームの法則実験器にも・・・ー
  毎年年末には高校物理の教員向け「実験講習会」の講師に参加していますが，数年前からデジタルテスターが使えない人が多いのに気がつきました。調べてみるとなんと，なんと　「学校にデジタルテスターがない」　のが一般的であることが判明したのです。さらに「使ったことがない」という人も多いのです。　中学校の理科では必ず ??　使われているものだと思うのに，なぜ゛高校物理で使われていないのか，，，不思議でしたが高校物理の教科書にある「実験」や「探求」では　昔ながらの電圧計や電流系が使われており，せいぜいアナログの「回路試験器」が使われているだけのようです。　ある実験内容について知人の元物理教師が　「これではまともな測定ができない」と出版社に指摘したところ「何も問題ない」の一言で片付けられてしまったのです。　上のデジタルテスターはコピー物が氾濫するほどの有名器 ?? ですが，各レンジ幅が小さく高校物理の電気関係の実験には不向きです。特に「電流測定」では内部抵抗の変化が表面に出てしまい，測定値をグラフ化すると「階段」状の不連続なものになってしまうことが多いのです。で，今回使うものは上のものに負けずコスパが良いもので，電圧，電流，抵抗について「細かいレンジ切り替え」がなく，交流電流まで測定できるのです。さらに周波数まで・・・。で今回作ったものは写真右側のもので，　　　２本の抵抗器を直列に接続し，　それぞれの抵抗値，両端の電圧と流れる電流値を測定しようというものです。わざわざ「こんなものは必要ない」，と思われてしまいそうですが，いざ実験してもらうと　「先生，調子悪いです」とすぐにテスターを壊されてしまうのです。私は付属のテスターリード (下の写真　右側 ) よりも使いやすくするため，写真　左側のものをよく使います。　ミノムシクリップで抵抗器などを摘めば良いだけで測定しやすいことが多いのです。この試作器では「陸式ターミナル」と　「2mm端子」を使っているため，付属のテスターリードだけでも測定できます。　まず，電池電圧はしっかり四桁の測定値が出ます。　　「乾電池の電圧は　1.5 V 」だと思い込んでいる人はここで「？？？」と思うことになります。1.5 Vは「公称値」です。写真の右端にある二つのトグルスイッチは　「左で　電流測定」、「右で　測定しない (短絡 )」になっています。　次に抵抗値は　「100Ω」の抵抗器ですが，実測値は　「99.0 Ω」です。　精度は　「金色　5%」のものですが，国産の抵抗器であれば大抵 1%程度です。・華製は　「茶色　1%」でも数％の誤差が普通にあります。　抵抗の両端の電圧は　 (まだ電流は測定しないので，トグルスイッチはどちらも「右」に ) これで流れている電流値が計算され，　　　I = Vr / R = 0.796 / 99.0 =8.04✖️10-3 A = 8.04 mAとなります。　では抵抗器に流れる電流を測定してみると6.84 mA と計算値とは　18%ほど小さくなっています。この結果を見ると，生徒たちの反応として多かったのは　　こんな手作りの実験装置だとうまくいかないでした。そのような反応を示す生徒は大抵が「実験をほとんどしたことがない」，「市販の実験装置でしか実験したことがない」なのです。　しかし，きちんと物理を勉強したことがある生徒は　「電流計の内部抵抗が影響している」と考えてくれます。電流を測定しながらあらためて抵抗器の両端の電圧を測定すると　　0.671V ，電流値 6.75mAはでした。すると流れる抵抗値から計算した電流値は　　0.677 / 99.0 = 6.78 mAで，先の測定値6.84mA と比べて十分納得できる値かと・・・・。ちなみに，この二つの測定値　6.84 と　6.78 は　0.06 も違う「大きな誤差」だという生徒がいます。　果たしてそれは「正しい見方」でしょうか。さて，一見下らなさそうな装置ですが，使ってみようと思いますか ???色々言いたいことがたくさんあるのですが，　やはり物理はきちんと実験しましょう　測定する際はそれに適した「測定器」を使いその特性をしっかり理解して使いましょうということです。
05Sep
- アクセス数がすごく多いけど ???
  私のブログは更新数が歳とともに減少していますし，内容が「物理」など世間の人にはあまり好かれないものなのでアクセス数は毎日数件止まりでした。ところが久しぶりにチェックすると8/13に「異常な」くらい増えているのです。こんな60という数は今まで見たことがないですし，その他の日でも10件超えが結構見られます。特に「広報活動」はしていないのですが，その直前に開催された「青少年のための科学の祭典」が関係するのかもわかりません。Ameブロのアクセス解析は日々のアクセス数がわかるだけで　どの記事タイトルへのアクセスが多いのかわかり難いです。多少はチャートの下にアクセス数の多い記事タイトルは出るのですが，8／13のものかどうかも ???。もう少し詳しく見ると，ここにある五項目がそれなりにアクセスを増やしているる様です。「アルカリ電池」など今時関心が高いものだとは思わないのですが，みたい人がそれなりにいるのだとすると，もう少し突っ込んだ記事も書いてみる必要アリかも，，，，ですね。　それにしても，ブログを続ける以上もう少し内容のあるものを定期的にアップしていけるよう日々の努力が必要ですね。
02Sep
- 力武常次先生の嘆き ??
  退職後，八年が経過し，先月74歳となってしまいました。まだまだ物理をはじめとして「学問・科学」にも関心を持っているつもりですが・・・。　やはりよる歳なみには勝てず，頭の回転が遅くなっています。それでも時折夢の中で何やら難しい計算に悩まされることもあります。そんな中，普段の生活では「探し物」に明け暮れることが多く，先日もこんな印刷 (コピー )物が出てきました。私が大学生の頃，かなり著名な地震学の第一人者になっていて，教科書も使ったかも・・・　　古いものなのでそのまま掲載させていただくのも勝手に良いかと判断して，，，，。この文書の中で先生は　　日本の主要都市60あまりのうち，ここ十年くらいの間に震度六以上の地震動を被る確率が三番目に高いのが神戸市であることをとある雑誌にあげたことがあるとか。しかし，この内容が世間には全く顧みられなかったと。さらには，震災の後には例によっていろいろ「叩かれた !!」と。当時のマスコミも，そして今のマスコミも　本当に大事なことがあっても，その時点での話題しか取り上げないという体質は全く変わっていない !! と感じている人ははすごく多いのでは ??　先日もある著名人がTV出演する際，担当者から「・・・・というような発言はしないように」と釘を刺されることがある，ということを言ってていました。　科学の正しさよりもTV局の担当者の「思い込み」の方が「正しい」ようですね。また，最近のいかがわしいネット情報も「正しい」情報を駆逐してしまうようですね。　　こんな調子で今後の日本はどうなっていくのでしょうね。　と，ぼやいていてもダメなのでせめて多少なりとも何かやり続けていくつもりでいます。
03Apr
- モーターを逆回転させる回路　その二
  　この実験器具はとあるイベントに使用したいという依頼で制作を始め，試作器を依頼者や知人にも紹介したところ「面白い，，，がすごく難しいのでは???」という意見も。また，不特定多数の子供達に触れさせるにはあまりにも貧弱なので少し大きく，しっかりしたものにしてみました。サイズはA4とし，12mmの建築用のベニヤ板にしました。　モーターはお宝箱を探すと，プリンターを分解した際のものがあり，回転方向がわかるようフライホイールのような回転板もつけました。　二連の切り替えスイッチに直接リード線を接続するにはネジが小さいため，陸式ターミナルを取り付けました。たた，このターミナルは中華ネット通販で購入したものしかなく，強度が全く足りていません。ベニヤ板への取り付けは久しぶりに　「羽付ナット」を使いました。少々のことでははずれないとは思うのですが，外されてしまうかもしれません。ラベルシールで説明文なども作りました。　これで良い評価がもらえるようなら色々なところでお披露目しようかと思ったのですが，中学生はおろか　理科の教員にとっても　「ぇっ ???」なのです。　階段に使われる　「三路スイッチ」の実験器と合わせ，あちこちに広めていく必要があるかもしれませんね。　ちなみに，解説文や「ヒント」も　ホームペイジ「マル爺の実験室」に公開していく予定です。
25Mar
- モーターを逆回転するための回路　中学理科かな
  　先日の高校入試問題に関する工作は関心を持ってくれる人には良いようですが，さて中学校の先生のどれくらいに関心を持ってくれるか疑問です。しかし，このような入試問題が出たということは，さらに色々な電気回路の問題が出る可能性があります。中学理科ではスイッチ値の基本は　ON/OFFだけのもですが，「切りかえ式スイッチ」も回路を考える上ですごく重要なスイッチの一つです。このようなスイッチは3路スイッチとばれるもので，「３」があるということは　「4」もあるのです。　実際にどのようなものかネット検索すると　「3路スイッチと組み合わせて使用」　という説明があり，かつスイッチの記号はとなっています。しかし，これではどのような働きをするものかわからないですよね。スイッチは一般的に「レバー (のようなもの )をどちらかに倒す」　ものと　「回転つまみを回す」　ものが多く，４路スイッチもレバーを倒すものです。今ある状態からレバーを反対方向に倒すと　スイッチの中の「回路」は，このようになります。要は「信号」や「電流の流れる向き」を　反転させる働きなのです。　　　　市販されている４路スイッチは　３路スイッチとほとんど差異がありません。では内部でどのようになっているか，，，，　気になりますよね。　生徒たちにもわかりやすいように　４路スイッチを作ってみましょう。そのためには３路スイッチが二つ並んだ　「２回路　３路スイッチが必要になります。　私が小学生の頃，とある工作をするのにこのスイッチがなくすごく苦労したことがあります。どんなものかというと「トグルスイッチ」と呼ばれるもので，これは「切りかえ式」の三路スイッチが二組入っているため，接続端子が6個あります。同じようなものとして「スライドスイッチ」があります。そして今回の工作に使用するのは「ナイフスイッチ」と呼ばれるもので　「懐かしい !!」　という人もいるかもしれませんが現在は市販されていないようです。私の実家ではずいぶん長いことこのスイッチが活躍していましたが，どこに使われていたかを知る人はごく少ないと思います。その昔であれば，このスイッチを使用している家はすぐわかったのです。家の中に入らなくてもわかる，，，，と言えば良いかな ???で，どのような工作を目指すかというと　直流モーターに電池とこのスイッチを接続し，スイッチ操作一つでモーターの回転の向きを変更できるようにしようというものです。左にこのスイッチ，右に直流モーター，ケースの中に乾電池を取り付けています。中央に見える赤と黒のコードが電池に接続されています。モーターには白いコード2本が接続されており，これらのコードと緑のコード２本をスイッチのどこに接続するかを生徒たちに考えてもらおうというものです。慣れない人にはなかなか答えが見えて来ず，悩んでしまうことと思いますが，ヒントは日本の緑のコードがどこに接続されているかを見てください。　答えは後日発表します。ちなみにこの試作機も「すごい !!」と貰われていきました。　欲しい人には追加制作しますよ。そして，これも少し大型化したものを作る予定です。　お楽しみに
24Mar
- 兵庫県高校入試　理科の実験について
  　久しぶりの書き込みになります。過日実施された兵庫県立高校入試で気になる問題がありました。理科のⅣ 2 (2) 電気回路の問題です。階段にある照明器具についている二つのスイッチがどのように接続されているかという問いです。電気工事の分野では「三路回路」と呼ばれるもので，階段の上下にある二つのスイッチのどちらでも照明ををON，OFFできるようにするものです。たいていに家についていますよね。　私が現役の教員の頃には，高校入試の問題では　「すべての出版社の教科書に出ている図」でなければならないという厳しい「規定」があったのです。三路スイッチ(図中の「切りかえ式スイッチ」 ) はどこの教科書にも出ていないので，面くらった受験生もいただろうと思いますし，中には教員でも「苦手」な人がいると思います。　実際に使われる「三路スイッチ」はこのようなものですが，電気工事士の資格がないと壁の中への取りつけなどができない器具ですから，見たことがある人は少ないでしょうね。裏面を拡大すると上下四つの穴には，配線の銅線部を差し込む穴で，　「０」の穴が二つになってているのにも意味があります。　「０」→ 「１」と「０」→ 「２」　　のどちらかを切り替えるスイッチです。この形のスイッチは　「ナイフスイッチ」と呼ばれるものですが，もう市販されることがなくなってしまったようです。　電気回路は高校生はおろか，理系の大学生でも「苦手」で悩んでしまう人が少なくありません。電気工学科の学生でも，電気回路が組めないという嘆かわしい時代になっているのです。　では，，，，，ということで理科の先生に使って貰えば良いだろうと試作器を作りました。いつも使用する透明アクリルの「ケース」がなかったので，少し形の違うものを使用しました。試験問題とほぼ同じような配置にしましたが，いまさら豆電球・・・なのでLED ( 中央上部の赤いもの ) にしました。電池はケースの横に取り付け，本来なら　絶対「ショートになる接続間違い」があるので，所謂　「ブレーカー」としてのヒューズ (実際には100Ωほどの抵抗 )を取り付けています。四本のリード線をどのように接続すれば良いか，器具の上面に記号などを書き込んでやらねばなりませんね。　実際に接続してみるとこれをある中学の先生にお見せしたところ，「ぜひ・・・」ということでもらわれていきました。こんなものでよければ追加制作し，差し上げますよ。　ただ，とあるところでの「展示用」として大きくしたものを作る予定です。小学生にも体験してもらう「展示」ようになるそうです。　さてさて，どのようなものになるか・・・　お楽しに !!!
10Dec
- 高校物理基礎実験講座に向けて
  　年末の実験講座に向け，夏前から準備を進めていますが，いよいよあと二週間後に迫り，いろいろ量産を進めました。今年はできるだけ多くの器具を持ち帰りしてもらうつもりなので，どれもできる限り数を増やそうとしています。中でもコンデンサーに流れる交流の実験は「位相のずれ」が直感的に理解できるもので，多くの人に実験してもらいたいと思い制作を進めました。電源トランスは大阪の日本橋などで購入できるのですが，ひとつ1000円近くもするため，リサイクルショップに出かけるたびに「100円」のAC物をアダプタを物色して帰ります。そのため，一つひとつサイズや形状が異なるものになってしまいます。陸式ターミナルが三つついていますが，両端に交流の10V程度が出ています。真ん中の端子は抵抗器とコンデンサーを直列に接続するための端子となります。詳しくは　こちらを以前に作っていた少し大きめのものと上の写真のものを合わせて，16台出来上がりました。一人一台持ち帰りしてもらえそうですが，希望者がいればさらに追加制作もアリエのかも・・・　あと，レンズの実験用のLED光源も15台をワンセットにし，14セット製作しました。他にも色々精査してイノで，今年の参加者にはたくさんお持ち帰りしてもらいます。みなさん，じっけんの腕を上げてくれることでしょうね。
01Nov
- 実験講習会用に購入したデジタルテスターの性能やいかに ???
  今年も年末に高校物理基礎実験講座が開催されます。今年は参加者が増えそうだということで，準備物も増やさねば・・・です。ここ数年，若い先生たちの反応に何か違和感があったのですが，ある中学校の先生からの話で，「実験は教科書に書いてあるものだけで，それ以外のものはしてはいけない」という思い込みが出ているらしいというのです。　また昨年確認できたこととして，　ほとんどの高校物理実験室に　デジタルテスターがない !!という驚きの事実が。　私の受け持ちは「簡単実験」で，力学や光学も入れていますが，主に電気関連の実験にしています。毎年電気の実験ではとにかく驚きの連続なのです。数年前には，テスターを使ったことがない人が多いため，注意事項を繰り返し説明し，いざ実験を始めた途端2人の先生から　先生，テスターが動きません !!実験回路の電源がONになり，テスターを接続してからいきなり，テスターのレンジ切り替えスイッチをガチャガチャと動かしてしまうのです。このような操作は「絶対にしないように」と諄く説明した直後です。会場校で準備していただいたでテスターもこれと同じ操作をされたと思われるものが何台かあり，講座のスタート前にヒューズ交換をしていたのですが，予備のテスターが少ないため慌てることになってしまうのでした。　そこで今年は，会場校のものも当然使わせていただくのですが，入門機を購入し，「自分の物」として大切に使うという意識を持ってもらえればと考えたのです。いつものネット通販では非常に数多くの「激安テスター」が出品されており，以前から何種類ものテスターを購入していました。今回はそれなりに機能も多く，しっかりとした作りのものを探し出すべき検討を重ね，ある一台に辿り着きました。写真で見るだけでは耐朽性など知る由がないので，とりあえず試しがいし，どの程度のものか確認してみます。比較には古くから「定評のある」DER EE DE-200Aというテスターです。いつ購入したものかさえ忘れ去っていますが，最近はこれが私のメインテスターです。　比較はまず電源ON時の表示は ( 直流電圧レンジ )左のDE-200Aは　何らかの「測定値」を表示してしまい，テスト器は「ゼロサプレス」機能が働きませんが，きちんと　「. 000 」を表示しています。これはすごく嬉しいのですが，電圧レンジの入力インピーダンスが低いだけということもありえるです。　次は　交流電圧レンジここでも　「優秀」です。　次は　抵抗レンジここでは差がありません。どちらも優秀です　次は　激安テスターにはなかなかついていない機能で　「交流mA電流」レンジですこのレンジは今回の講習会で使いたい大事な機能です。精度も確認したいのですが，後日報告します　次は　直流電圧の測定です三桁でどちらも同じ数値です。　もう少し高い電圧では実質差異は認められません。もっと高い電圧でも検証したいのですが，これも後日に筐体も以前購入していたものに比べ，結構しっかりしたものです。レンジ切り替えのスイッチもしっかりしています。これだけの確認だけですが，十分実用になるレベルと考えられるものです。　初めに試し買いした時点では　これだけ「優れた」ものがなんと　664円なのです。左のテスターはまだ1万円近くするようです。では，，，ということで追加購入を決めたのですが，，，，，よく売れ出したのか一月ほどで値上がりしてしまったのです。それでも，761円という激安ぶりです。　このテスターがしっかり働いてくれ，受講生の人たちがしっかり電気実験の経験をしたくれればと祈りますね。

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