静電気で追いかけっこ

冬場や乾燥した日には厄介な「静電気」

この静電気を使って、楽しい実験をしてみましょう。

まずは最も簡単に出来る 「静電気で追いかけっこ」です。

①6mmφのストローの曲がる部分を切り離し

長い方の真ん中に一つ穴パンチで穴を開けます。

②ストローの両端にアルミ箔の旗を貼り付けます。

アルミ箔は3～4cm程度のもので、先をとがらせておきます。

真ん中の穴にペンシルキャップの頭を入れます。

③竹串のとがっていない方をを発泡スチロールに刺し

とがった方に②のペンシルキャップをかぶせます。

(下の台は発泡スチロールでなくてもOKです。)

ビデオは2021年に作成し直したもので

アルミホイルの旗を三角と四角にし、

ストローの代わりに塩ビ製の板を使用しました。

塩ビ製の板をティッシュでこすると

塩ビ製の板はマイナスにティッシュはプラスに帯電します。

負になるか正になるかは

どの素材同士を接触させるかで決まります。

この帯電列の左の方が正に帯電しやすく、

右の方が負に帯電しやすいものです。

今回は塩ビ製の板をティシュペーパーでこすったので、

塩ビ板は負に帯電しました。

今回の実験ではまず、電気的に中立なアルミホイルに

負に帯電した塩ビ板を近付けました。

アルミホイルはゆっくりと塩ビ板に引き寄せられます。

次に点や線でちょこっと接触させると電子が移動し

アルミ箔はマイナスに帯電します。

また、接触させなくてもかなり接近させた場合には放電によって電子が移動します。

アルミ箔も塩ビ製の板も負に帯電した状態となり、

アルミ箔は塩ビ製の板から逃げていきます。

より多くの電子を移動させようと、

塩ビ板とアルミホイルの面同士を接触させると・・・

あれ？全く反発しない！ってことがあります。

この場合には下図のようなことが発生していると考えられます。

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/

LED工作 「コンセントがスイッチ」

白熱電球の中に７色に光るLEDを入れて、

コンセントをスイッチ代わりに作ってみました。

電池ケースもスイッチ付きなので、2重のスイッチとなります。
「安心して下さい。」

コンセントを分解して電池ケース(乾電池2個直列 20Ωの抵抗付き)に接続しています。

(乾電池3個直列に20Ω程度の抵抗の方がいいかも知れません。)

差込みプラグをコンセントに抜き差しするとき、

結構 力が要るので、

軽く抜き差しできるように銅板を少し変形させました。

白熱電球の口金に穴を開けてLEDを接続します。

もう一方は差し込みプラグに接続します。

それぞれを、板に貼り付けたら完成！

単3乾電池2個で１～2週間は点灯し続けると思います。

電池が弱ってくると、青色は光らなくなってしまいます。

ビデオが表示できない場合はYoutubeでご覧ください。

https://www.youtube.com/watch?v=W_RHM6ybu8I

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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LED工作「雪だるま」

前回の「虹の架け橋」に引き続き、
http://eneene7.blogspot.jp/2015/12/led.html

イルミネーションLEDを使って雪だるまを作ってみました。

①
ピンポン玉と小丸球をエポキシ系2液混合タイプの接着剤で接着します。

②
 ①が乾いてから、適当な大きさの板に①と同じ接着剤で固定します。

③
粘土などで目、鼻、口を作って、①と同じ接着剤で固定します。

ここではダイソーで販売されている樹脂粘土を使って作っています。

④
水槽で使用するエアチューブ(内径4mm、外径6mm)を約10cmの長さ分切り取り

片側にイルミネーションLEDを挿入し、足は少し切っておきます。

LEDを挿入した方から約7cmのところに針で2ヶ所穴をあけておきます。

⑤
雪だるまの首に巻いて、LEDの足を針で開けた穴に挿入します。

⑥
スイッチ、抵抗(20Ω)、LEDを乾電池3個用の電池ケースに接続します。

手作り電池ケースの作り方は、こちらをご覧ください。

http://eneene7.blogspot.jp/2015/12/blog-post_15.html

⑦
板の周囲に雪の代わりに綿を巻いてみました。

点灯するとこのような感じです。

ビデオが表示できない場合はYoutubeでご覧ください。

https://www.youtube.com/watch?v=SvNq2q2PJ9Q

電源電圧4.52Vで実験した結果、

流れる電流は13～18mAでした。

赤・青・緑の「光の3原色」の単色のときは約13mA、

黄色、ピンクなど、混合色のときは約15mA

赤・青・緑の全色が点灯するときの白色は約18mAでした。

ペアで作ってみました。

女の子はピンポン玉2個を使用して、

頭にはティアラのようなものを乗せています。

なんだか鳥の巣の中にいるような感じになってしまいました・・・(^^;

この場合は51Ωの抵抗を入れました。
電流値は、2個分で 22～31mA でした。

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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LED工作 「虹の架け橋」

フルカラーLEDは赤・緑・青の3色のLEDが1つのパッケージにおさめられ
それぞれのLEDの明るさを変えることで さまざまな色を発光させることが出来ます。

4本の足が出ていて、マイコンで制御をして、
点灯パターンを変えることが出来るものや (左)
パッケージ内に回路が内蔵され、
自動的に色が変化するイルミネーションタイプのものが販売されています。(右)

(右)の方は足は2本で、電池のプラス極とマイナス極に接続するだけで色が変化しますが
それぞれのLEDで変化のパターンが決まっているので、
それを変えることは出来ませんが、
色んなパターンのフルカラーLEDを組み合わせることで
手軽に綺麗なイルミネーションを楽しむことが出来ます。


今回は点灯の変化のパターンが異なる4個のLEDを使って
「虹の架け橋」を作ってみました。

色が変化するLEDは
100円Shopで販売されている下の写真のようなものから取り出すことも可能ですし、

「イルミネーションフルカラーＬＥＤ」で検索するとネット上で販売もされています。
http://akizukidenshi.com/catalog/c/ciled/
など

100円Shopで販売されているものから取り出したものはLEDの足が短くなるので、
ネット販売の方がやりやすいと思います。
また同じ点灯パターンのものより、違ったものを使った方が綺麗だと思います。

①厚紙を5cm×10cmの大きさに切って

ホログラムテープを貼ります。

②穴あけパンチ(穴径6mm)で8か所に穴を開けます。

土台用として角の4か所、チューブ用に中の4か所です。

③水槽で使用するエアチューブ(内径4mm、外径6mm)を

長さ10cmと13cmに切って、穴に差し込みます。

④裏側からチューブの先端にLEDを差し込みます。 

内径4mmに対して直径5mmのLEDを差し込むので少々きついですが、

しっかりLEDの根元まで差し込みます。

⑤チューブと厚紙は接着剤で固定しておきます。

 ⑥4個のLEDそれぞれの長い方の足には赤のリード線、

短い方の足には黒のリード線を接続します。

(赤、黒は目安ですので、違いがわかれば何色でもOKです。) 

 ⑦スイッチ、抵抗(20Ω)、LEDを乾電池3個用の電池ケースに接続します。
(LEDの定格電圧が4.5V以上なら 抵抗20Ωは特に必要はないと思います。)

手作り電池ケースの作り方は、こちらをご覧ください。

http://eneene7.blogspot.jp/2015/12/blog-post_15.html

⑧ハンダ箇所はビニールテープを巻いて絶縁。

土台の足としてM6×20mmのボルトを挿入して、ナットで固定します。

⑨電池を入れたら完成です。

ビデオが表示できない場合はYoutubeでご覧ください。

https://www.youtube.com/watch?v=aC7q4uWREKo

電源電圧4.60Vで実験した結果、

4個のLEDの電流の合計は、約50～70mAでした。

(抵抗値20Ωの場合)

電流が変化する理由は、

赤・青・緑の「光の3原色」の単色のときは流れる電流が少なく

黄色、ピンクなど、混合色のときはやや多め、

赤・青・緑の全色が点灯するときの白色は多くの電流が流れるためだと思います。

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。

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手作り電池ケース

最近、理科の実験や工作でLEDがよく使用されるようになってきましたね。

しかしLEDは豆電球のように1.5Vの乾電池1個で点灯させることが出来ません。

順方向電圧(Vf)の一番低い赤色でも、
順電流(Iｆ)20mAを流したときのVfは2V前後のために
1.5Vの乾電池2個以上が必要です。

また白色や青色は Iｆ＝20mAを流したときの Vfが3Vを超えるものも多く、

1.5Vの乾電池が3個以上必要になってきます。

先日、ホームセンターに行ったところ、
単3乾電池3個用のケースが見当たりません。

勿論、ネットでは販売されていますが・・・

そこで、自分で作ってみよう！

ということで、作成したものがこれです。

ここでは単3乾電池3個直列用のものを作りましたが
下図の175mmのサイズ調整をすれば、何個用でも作成可能です。
単3乾電池の場合、電池1個に付き約5cmを増減。
(例えば、単3乾電池2個用なら 長さ125mmにする。)

厚紙を下の大きさにカットし、

折り曲げてテープで固定します。

25cm幅のアルミホイルを20～25cm程度切り取り

2cm幅まで折り曲げていきます。

アルミホイルの端の方にリード線の被覆をはがしたところをテープで貼り付けます

 これをさらに折って1cm幅の帯にします。

こうすることで、リード線が抜けることを防止します。

プラス側の電極はこの状態で、クルクル巻いていきます。

マイナス側の電極はこの帯の中心にバネを入れます。

マイナス側の電極ですが、まず

不要になったノック式のボールペンからバネを取り出します。

もしバネの長さが2cm以上あれば、2cmにカットします。

1cm幅の帯の端の方にバネを置いてから、クルクル巻いていきます。

巻き終わったら、テープでとめておきましょう。

巻き終わったものがこれです。

これを厚紙ケースの端に挿入して

下図のサイズに厚紙を切って折って蓋をします。
真ん中は15mmではきついので、16mmにしておきます。

テープを巻いて蓋を固定します。

電池を入れたときの様子を 透明ケースで見ると下のようになります。

もし、きつくて電池3個が入らない場合は、

ケースの長さが175mmより短いか、

アルミホイルの幅が10mmより長くなっていないかを確認してみて下さい。

ではこの電池ケースを使って青色LEDを点灯させてみましょう。

今回使用したLEDのデータシートです。

電気的・光学的特性を見ると、順電流20mAのときの 順方向電圧(Vf)は3.8Vです。

順電流10mAのときの順方向電圧(Vf)は約3.3～3.4V、

2mAなら3Vなので、
単3乾電池2個でも2mAの明るさで光らせることは出来ます。

今回は10mAを流すつもりで、抵抗を計算してみます。

電池は新品状態3個直列で4.86Vありました。

10mAの順方向電圧(Vf)は3.4Vです。

(4.86[V]－3.4[V]) ÷ 0.01[A] ＝ 146[Ω]

ということで、150Ωの抵抗を入れました。

150Ωの抵抗の両端の電圧を測定すると・・・
約1.586V
1.586V ÷ 150Ω ≒ 10.5mA
だいたい計算通りの値となりました。

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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