2016年12月21日水曜日

電磁石シーソー

電磁石シーソーを作ってみました。

左下に置いているフェライト磁石を左右に動かすことで、
シーソーのスピードを調整することも出来ます。

プラスチック製のボビンに0.35mmφのポリウレタン銅線(UEW)を
300回巻き、両端にブレッドボード用の配線コードを接続しています。

シーソは210mm×20mm×厚み5mmのスチロールボードを使用しました。
支柱はイスペットのフリーアームを6cmに切って使用しています。

中心にはダイソーの洋蘭支柱の被覆を剥がしたものを通しています。
一方には、フリーアーム5cmをホットボンドで固定しています。
(重さのバランス調整用です。)


シーソーの裏側 (両側とも) には、
ダイソーの6mmφのネオジム磁石をホットボンドで貼り付け。
片側1個ずつでも出来るのですが、
2個にした方が リードスイッチの反応が良く、作りやすいかも知れません。

シーソーにスチロールボードで作った男の子と女の子を乗せてみました。
あまり重い物を乗せると、シーソーが持ち上がりません。

右側がほんの少しだけ重くなるように、調整します。
重さのバランス調整用の板を右に回すと、右が重くなり、

左に回すと、左が重くなり、左に傾きます。、

回路はこのようにしました。
電解コンデンサ1000Fを使用していますが、それ以外の容量でも出来ます。
(下にコンデンサ容量を変えたときの動きの違いのわかるビデオを掲載しています。)
コンデンサ容量が大きいほど、振れが大きく周期は短くなります。

リードスイッチ単独でも
コイルと磁石が反発して浮かび上がりそうですが、
少し浮かび上がったところでスイッチが切れ、
すぐに落ちて 大きな振れになりません。

上のような回路にすると、
(1)リードスイッチがオンになった瞬間にコンデンサに電荷がたまっていきます。
(2)リードスイッチがオフになっても、
コンデンサからベース電流を流すことが出来るので
コイルとシーソーに貼った磁石の反発力が保たれ大きく上昇します。

ブレッドボードに組み立ててみました。

シーソーの磁石は、コイルの中心に位置するようにしています。
(もちろん、コイルと磁石は反発する極性にしています。)

 リードスイッチは、実際に電源を入れて、
反応のいいところにセロテープで貼りました。
シーソーの裏側の磁石が、このリードスイッチに近付くと
リードスイッチがオンになります。
リードスイッチのガラス管の部分より、
ガラス管から出ている電極を磁石に近付けた方が反応がいいので、
磁石が最も近付くところ(コイルの真横)に電極部分を置いています。

左側の下に ダイソーのフェライト磁石を1個置いています。
極性はこのようにしています。

もし、フェライト磁石が、シーソーの真下にあれば、
当然のことながら くっついてしまう極性です。

しかし、横にずらすと、反発する極性になります。

さらに、フェライト磁石を左右に動かすと、
シーソーが上下するスピードを調整することが出来ます。


もし磁石がない状態では、左が下がった時に 
浮かび上がることが出来ません。 
磁石の代わりに、シーソーの下に台を置いてもいいかもしれません。

ビデオで撮影してみました。


上の映像はコンデンサ容量が1000μFですが、
100μF、470μF、1000μFと変えて、動きの違いを見てみました。



1000μFを繋いだ時の、コイル両端の電圧波形です。
ブローブの先端を+極、グランドをコレクタに接続しています。

リードスイッチがオンになった瞬間に、
コイル両端の電圧は一瞬の間に上下変動をしています。。
これはリードスイッチの動作時間0.5m秒の間に
チャタリングが発生していることによるものだそうです。
私は当初、ベース電流の供給元が
コンデンサからリードスイッチに代わることによる
自己誘導起電力によるものかと思っていましたが
確かに波形をよく見ると、1回のみの上下変動ではなく
短い期間(恐らく0.5m秒)の間に数回上下変動しているように見えます。


ベースと正極間(リードスイッチの両端子)の波形です。
ブローブの先端を+極、グランドをベースに接続しています。
リードスイッチがオンになった瞬間、
短絡状態となり電位差がなくなっています。

ブローブの先端をベース、グランドを-極に接続したときの波形です。
コンデンサ両端の波形でもありますが、
ベースーエミッタ間でもあります。
0.7~1Vを繰り返しています。
実際には、ピーク時の コンデンサ両端の電圧は1Vより高いかも知れません。
なぜなら、電池で実験してみたところ、このようになりました。
左の図はベースに抵抗(100Ω)を入れたとき、右は抵抗がない状態です。
(今回の装置のように抵抗がない状態では
ベース電流は定格50mAを超えているかも知れません。
トランジスタの発熱は全くありません。)


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コンデンサ容量を変えた時の波形です。

見た目でも
1000μF方が100μFに比べ、振幅が大きく周期が短いことと、
1000μFの方が、コイルに近いところまでシーソーが落下することが
わかります。
 なぜ、振幅と周期に差が出るのか?考えてみました。

リードスイッチがオンになった瞬間から上昇は始まるが、
その後リードスイッチがオフになっても、
1000μF方が一気に大量のベース電流を流し、
しかも長時間流すことが出来るので大きく上昇する。

1000μF方が大きく上昇して、高いとこから落下するので、
コイルに近付いたところで速度が速く、
リードスイッチがオンになるときには
コイルにより近いところまで落ちている。

コイルに近いと、より反発力が大きくなり、高いところまで上昇する。

勢いよく上昇するので、周期は短くなる。

以上、私の考察で申し訳ありません。
原理のわかる方、ご意見を頂けると幸いです。



これ以外の実験や工作も掲載していますので、
こちらも見てみて下さい。

(Flashで作成しているため、スマホや携帯で見れない場合があります。)

2016年12月17日土曜日

箱庭イルミネーション

小さい頃、箱庭を作るのが大好きでした。
小さい箱の中に家を建てたり庭を作ったり・・・ワクワク感がありました。
大人になった今、箱庭で作ったような 我が家と庭の夢は叶わなかったけど
今回は当時の夢を想い出しながら、
木の箱にLEDをいっぱい詰めて
「箱庭イルミネーション」と名付けました。

ダイソーで購入した木製の箱(18cm×27cm)に詰め込むことにしました。
LEDは全部で53個使用しています。

箱の中には常時点灯型の青色LED13個を並列接続。
(青色のPPシートに穴を開け、LEDを差し込んで拡散キャップをかぶせています。)
箱のサイドはダイソーで購入した「デコレーションライト」点滅型の青色を
15個を並列接続にしています。
(箱にドリルで穴を開け、LEDを差し込んでいます。)

箱の上の半透明の板も、
ダイソーで購入した厚み1.2mmのPPシートです。

ツリーは3段にし、格段に、「デコレーションライト」点滅型の
赤・青・緑・黄を1個ずつ、
星には秋月で購入したイルミネーションLEDを1個入れています。
木の円錐形部分は、透明のクリアフォルダーの内側に
トレーシングペーパーを貼っています。
クリアフォルダーもトレーシングペーパーも樹に巻いた毛糸もダイソーです。(^^)v

「デコレーションライト」はそれぞれのLEDの点滅間隔が微妙に異なるので
赤・青・緑・黄 の光が混ざり合って、
様々な色を演出することが出来ます。

架け橋は水槽で使用するエアチューブの両端に、
点灯パターンの異なるLEDを差し込んでいます。
詳細はこちら↓をご参照ください。

雪だるまの首にも、エアチューブを巻いて、
両端にLEDを差し込んでいます。
男の子は青色LED、
女の子は4本足のフルカラーLEDの赤色と青色を使用してピンク色にしました。
男の子の頭には電球を使用、
胴体及び女の子はピンポン玉を使用しています。
ピンポン玉も電球もダイソーです。(^^)v

上の①~④のLEDは全て並列にしていますが、
それぞれ、LEDの順方向電圧及び個数と明るさに応じて抵抗を接続し、
5V電源に繋ぎました。
①常時点灯(13個)・・・75Ω、点滅(15個)・・・100Ω
②ツリー(12個) + 星(1個) ・・・ 20Ω
③架け橋(8個) ・・・ 20Ω
④雪だるま(4個) ・・・ 100Ω

①、②のLEDには 拡散キャップをかぶせています。

電源はUSBを使用しました。

スイッチはトグルスイッチにしました。

光るとこんな感じです♪


ぜひ動画でもご覧ください♪




これ以外の実験や工作も掲載していますので、
こちらも見てみて下さい。

(Flashで作成しているため、スマホや携帯で見れない場合があります。)

2016年12月2日金曜日

浮上する磁石 (完全自立式 UFOゴマ)

ようやく、完全に自立して浮上する磁石に成功しました~♪
42秒間浮くことが出来ました。

以前から、何度か挑戦した 完全に浮上する磁石・・・
何度も挫折しましたが、今回やっと成功し、嬉しい限りです。

土台の磁石はダイソーで購入したお皿に貼りました。
磁石もダイソーで購入したフェライト磁石とネオジム磁石の組み合わせです。
6極がいいのか?8極がいいのか?10極がいいのか?
奇数極でもいいのかも知れませんが、取りあえず8極にしました。
全て同じ極が上に向くようにします。(ここではN極)

コマは外径20mm、内径7mm、厚み5mmのフェライト磁石
周囲に重さ調整にビニールテープを貼りました。
土台の磁石の上の極(N極) と同じ極を、コマの下側にします。
(反発するように)

磁力調整で、6mmφ×0.8mmのネオジム磁石を4個貼っています。

最初の回転用のトレイは、プラスチック製のおしぼり受け?
を使用しました。

とにかく、磁力と重力のバランスがうまくいけば浮くのですが
その調整が微妙で 、月の満ち欠けも影響してるのでは?なんて思います。
実際にはそんなことはないのでしょうけど、
うまくいかないと、色んなことを考えながら
下の土台部分もコマも、ああでもない、こうでもないと
いくつも作りながら やってみました。

私の感じとしては
(1) まずコマをトレイの上で回して(回しにくいがうまく回ると安定する)
トレイをある程度の高さまで持ち上げ、
トレイを下した時に一緒にコマも降りてくるようであれば磁力が弱いので、
土台又はコマの磁力をアップする。

(2) 持ち上げながら、コマが飛び出てしまうようなら磁力が強いので
土台又はコマの磁力をダウンする。


<参考にさせてもらったサイトです。>
こちらの方は 私よりも断然少ない磁石で、うまく浮上させておられます。

こちらの方は、ネオジム磁石を斜めではなくフラットに置いて浮かせておられます。
コマは金属ボビンとプラスチックボビンを使用されているそうです。


私のビデオも 是非見てみて下さい♪




これ以外の実験や工作も掲載していますので、
こちらも見てみて下さい。

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2016年11月27日日曜日

浮上する磁石(1点固定方式)

浮上する磁石の実験をしてみました。
・・・と言っても 完全浮上ではなく、1点固定方式です。

完全に浮上する方式も 今まで何度かやってみましたが
今のところ成功していません。
(このblogを書いた5日後に成功しました。)
http://eneene7.blogspot.jp/2016/12/blog-post.html

この1点固定方式にすると、簡単に浮上させることが出来ます。

しかも、ダイソーで販売されている、
25個入りで100円のフェライト磁石6個で出来ます。

<やり方>
(1)
磁石の一つに、短い釘をホットボンドなどで貼っておきます。
(磁石にテープ等の下地を貼っておくと、くっつきやすいです。)
クリアホルダーを適当な大きさに切り、
磁石の周囲に両面テープを貼って、巻いていきます。

(2)
巻き終わったら、セロテープで固定します。

(3)
土台は、ダイソーで購入した鉄製のブックエンドを
横に倒して使用しています。


磁石の極性に関しては
色々な組み合わせで浮かすことが出来ます。

①、②、③の違いは、下に置いた磁石の極性です。
勿論、N・Sが全て逆になった状態でも浮かびます。


上の図との違いは、筒に入った磁石の極性です。

クリアホルダーの長さを8cm、6cmで試しましたが、
どちらでも浮かびました。
(写真手前が6cm、奥は8cmです。)


下の磁石を立てて、浮かすことも 出来ます。


6mmφのストローの両端に
6mmφのネオジム磁石を1個ずつ入れて
片方に画鋲をくっつけてやってみました。

ドーナツ型の磁石(N、Sが各面の全面に着磁されているもの)
を鉛筆などに通しても浮かびます。
「おゆまる」で りんごを作りましたが、ピンクのりんごになってしまいました。
「Apple Pen」のつもりだけど・・・(^^;


いずれの場合も、上と下の磁石の極性に気を付けて配置し
微妙に位置をずらしていくとうまく浮きます。

どうしても浮かないときは、
(1)  磁石の極性を改めて確認し、

(2)  まず左側がよく浮かぶように、下の磁石(左側)の位置を調整します。

(3)  下の磁石(右側)を前後させたり、広げたりして位置を調整します。







装置を回転させる場合は、
土台の磁石を立てた状態で、筒の長さを6cm程度にすれば回りやすいです。





また、左側の磁石の位置を変えて
筒の磁石が下の磁石よりも少しだけ左に位置するようにします。



このように、サイコロ型に切った木片に貼ってみました。
木片の下側にも磁石を貼っていますが、これは鉄板に固定するためのものです。
木片を直接、鉄板や板などに貼り付けてもOKですが、
この方が微調整しやすいので・・・






これ以外の実験や工作も掲載していますので、
こちらも見てみて下さい。

(Flashで作成しているため、スマホや携帯で見れない場合があります。)