電池と磁石、銅線で作る単極モーター | virt_flyのブログ

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↑自作単極モニターのGIF動画 見てくれは悪いですが、銅線がクルクル回ります(末尾に動画) 

 

クルクル回る針金に感動

 

物置を片付けていたら、一冊の薄くて古い本が出てきました(次の画像を参照)。学校での英語教育用のテキストです。有名な19世紀英国の科学者であるマイケル・ファラデーの「ロウソクの科学」を教材にしています。

 

 

少年少女向けのクリスマス・レクチャーとしてファラデーが王立研究所で行った講演のうちから6回分をまとめたものが「ロウソクと科学」なのですから、学生が英語を学ぶのに適していると考えられたのでしょう。

 

言うまでもなく、ファラデーによる電磁気学、電気化学の分野での貢献は大きく、電磁場の基礎理論を確立、電動機を発明し、「それだけでなく電気を使ったテクノロジー全般が彼の業績から発展したもの」(Wikipedia)とされます。

 

Wikipediaを見れば、単極モーターはファラデーの発明なのですね。

 

小学生の頃に直流2極モーターと言うのでしょうか、エナメル線を巻いてこしらえた電磁石を回転できる回転子として置き、回転に伴い電磁石に流れる電流の方向がかわるたびに、外側に置いた永久磁石のN極やS極と電磁石のつくる極との間で引き合い・反発が交互するのを利用して回転子が回り続けるという原理のモーターを製作したことがあります。以来、モーターは2極(あるいは3極などそれ以上)とばかり思いこんでいました。

 

単極モーターの存在は、最近になってようやくYouTubeでを知ったばかりでした。磁石と電池と銅線だけでできるシンプルさに驚いたものです。

 

ファラデーの「ロウソクの科学」が出てきたのも何かの縁。ネオジウム磁石は確か100均に売っていたはず。俄然、単極モーターを試す気になりました。

 

【用意したもの】

 

単三のアルカリ乾電池 必ずアルカリ電池であること。他のものだと発熱、破裂や液漏れの恐れがあるとか。

ネオジウム磁石 100均では乾電池の太さにピッタリな直径が15mmがなく、近い16㎜を購入。なお、厚みは1mmのものしかありませんでした。パワーが足りなければ磁石を2つ重ねるのもありです。

扱いに注意:ネオジウム磁石はかなり強力なため、磁石同士引っ付く時に指を挟まれ骨折したり、時計やスマホ、キャッシュカードが使用不能になるおそれがあります。飲み込んだら命の危険があり、小さな子供に触らせないようにしましょう。

銅線 回転させる針金は、磁石に引っ付く金属では回ってくれませんので、銅線を使います。手元にあった直径0.9mmのものを使用しましたが、太いのやら細いのやら。

 

【作り方】

 

①ネオジウム磁石の上にアルカリ乾電池を立てて乗せます。普通、電池のプラス極が上でしょう。磁石のN、Sはどちらでもかまいません。

②回転させる銅線はどんな形状でもよいのですが、回転する際に何かに引っかかると止まりますから、ヤジロベーよろしくバランスよく電池の上にかぶせて乗せられる形がのぞましく、また、乗せる部分が電池に接触している一方、磁石にわずかに接触する部分があることも絶対に必要になります。

発熱に注意:結構発熱するようです。過熱による電池の損傷や発火を避けるため、長時間回すのは厳禁。放置はもっての外との指摘がありますので、十分気を付ける必要があります。

 

銅線の形状は、らせん状だったりハート型をした作例が見られますが、今回、自分でこしらえた単極モーターの銅線の形状は筒状で、見た目も良いとは言えません。上のリング状部分は、実際のところ何の意味もないようですが、上のリングと下のリングが上から見てピタリ重なり合っていれば、すなわち横から見て傾きもなければ、銅線は電池や机上に接触することなくうまく回転してくれます。うまく回らないときには、バランスが悪く銅線がどこかが引っかかっているからと見られます。その際は、銅線の形を変えて重心の位置がうまくとれるようにし、場合によっては下の輪が磁石の位置にくるように高さを調整します。

 

銅線がクルクル回るのを見ていると、フレミングの法則やローレンツ力(注)を知っていても、よくこんなシンプルさで動くものだと、しばし感動的な気分になります。

 

 

↑製作した単極モーターの動画

 

注)磁場中の導体に電流が流れるときにその導体に力(ローレンツ力)が作用します。この現象について、磁場の向きをと電流と力の向きの関係を左手の指で示すのがフレミングの左手の法則。左手の人差し指が磁界の向き、同じく中指が電流の向き、親指が導体にかかる力の向きを示します。ちなみに、電気を力に変えるモーターの場合がフレミングの左手の法則なら、力を電気に変える発電機の場合がフレミングの右手の法則です。説明は省略します。