風力発実験器工作講座

2011.8.17. 四日市環境学習センターにて


発電機はサイキット社製の風力発電器を使用します
発電された電気を「電気二重層コンデンサー(キャパシター)」にためます
たまった電気をいろいろなエネルギーに変換しすることができます
モーターを回す、LEDを点灯させる、電子ブザーを鳴らす、ムギ電球を点灯する
風力発電の効率を考えたり、エネルギーは目に見えなく違ったエネルギーに変化していくことを実感できます
コンデンサー(キャパシター)に電気がどのようにたまり、どのように減っていくかを実験することもできます

電子工作

ユニバーサル基板への半田付けですから、初めての人や慣れてない人には結構時間が必要になります。
しかし電子回路を自作することができるようになるには、この道を通過しなくてはなりません。
この工作は理論より技術です。
慣れることが一番です。

電子工作完成

回路図は次の通りです

完成作品です

基板右側が入力端子で、基板左側には出力端子とモーターがセットされています。

ミノムシクリップを使ったコードの製作

発電機でできた電気を基板に送るためのものです。

風車の製作(ペットボトル工作)

1.5Lのペットボトルの上部を使って作ります。筒に8分割線を入れカッターナイフかハサミで切り裂き羽根を作ります。
羽根一本ずつ斜めに指で折り曲げて風を受けて回転するようにします。

風車の完成(風を受けてまわる風車ですが、羽根の曲げる方向によって回転の向きが変わり生じる電圧はプラスとマイナスが逆になります)

出力モーター用プロペラの製作

バルサ材を使って簡単にプロペラが出来ます。

回路試験

配線の確認をします。発電された電気+-が回路のどのルートで動いていくのかも考えます。
回路の配線図を確認したら、風で電気が生じること、電気がコンデンサーにたまること、たまった電気がモーターやブザーを作動させることを確認します。
回路図は左が入力ですが、基板写真は右が入力側になっています。

出力の確認(4種)

二つのスライドスイッチを切り替えることによってモーターの駆動あるいはブザーなど4つの出力(写真下:電子ブザーb・ムギ電球c・発光ダイオードd)を確認することができます。
回路テストの際には、風車から電圧をゲットするよりも入力端子に乾電池や「手回し発電機」をつないで入力すると便利です。

  四つの出力a(モーター)・b(電子ブザー)・c(ムギ電球)・d(発光ダイオード)    出力はムギ電球          出力は発光ダイオード                         

実験の準備

風で生じた電気の電圧を測定したり、出力の電圧を測定するには「テスター」が便利です。
1000円前後で購入できますから用意します。

コンデンサー(キャパシター)にたまった電圧を調べる  LEDなど出力端子の電圧測定  モーターの電圧測定

家庭用扇風機の風の強さ、風を当てる場所、時間などいろいろな要因を考えて、発電・充電を調べてみましょう。
またコンデンサー(キャパシター)にたまった電気がそれぞれの出力で使われるとき経過時間や最低電圧など調べてみましょう。

発電の原理

シャカシャカ発電機(東急ハンズ)  自転車発電機        自動車発電機

どの発電機もコイルと磁石だけではつでんします。
発電実験器を作ってみました。コイルの中で磁石を動かすと発電してLEDが点灯します。

発電の式はV=−ndφ/dtで、@コイルの巻き数が多いA強い磁石B磁石を早く動かすの三つの要因で決まります。

電気のエネルギー

見えないエネルギー
モノを動かしたり、明るくしたり、音をだしたりするにはエネルギーが必要ですでもエネルギーそのものを見ることはできません
車が動いたり、電灯が光ったり、音が出ると
「エネルギー」があることがわかるのです
エネルギーをつくる
「ゼネコン」をまわすと電気のエネルギーをつくることができます
エネルギーをつくるには“仕事”しないとできません
仕事すると「つかれる」「しんどい」ことになります
エネルギーをためる
電気のエネルギーは「コンデンサー」にためる事ができます

エネルギーを変える
ためたエネルギーで
モノを動かしたり、光らせたり、
熱をだしたり、音をだしたりできます

「電気のエネルギー」→変化して→「動力のエネルギー」
「電気のエネルギー」→変化して→「光のエネルギー」
「電気のエネルギー」→変化して→「熱のエネルギー」
「電気のエネルギー」→変化して→「音のエネルギー」

見えないエネルギーは
「つくる」「ためる」「変える」ことができます