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。

①

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。

②

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。

③

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。

④

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。、

⑤

回路はこのようにしました。

電解コンデンサ1000μF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。

⑥

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。)

⑦

 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。

⑧

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。

① 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。

② 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。

③ 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。

④ 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。

http://www.eneene.com/