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電気

目次

 1 静電気
 2 テスター
 3 アルミ箔を流れる電流
 4 磁石(コンパス)をつくる
 5 磁界を観る
 6 二つの棒磁石についた釘を両方からくっつけると釘はどうなるか
 7 電磁石をつくる
 8 不思議な電磁石
 9 電磁石の周囲の磁界(右手の法則)
10 電流がつくる磁界(右手の法則)
11 回転モーター(フレミングの左手の法則)

 

1 静電気 トップへ

静電気とは何か

冬セーターを脱ぐ時パチパチと電気が走ったり、車のドアを触ったとたん電気が走ったりすることがある。プラスチックの定規を衣服で擦って頭の毛を立てたり、紙片を釣り上げたり皆経験することである。物体が電気を帯びる現象を帯電といい、帯電している物体に分布している流れのない電気を静電気という。

静電気ができる理由

物質は原子でできており、原子の中心には正(+)の電荷を持つ原子核が、その周囲には負(-)の電荷を持つ電子が回っている。二つの物体が接触し擦れると一方の物体の原子から電子が飛び出し、もう一方の原子に電子が加わる。電子が離れた原子は正の電荷をち、電子が加わった原子は負の電荷を持つことになる。物質により電子を放出しやすいものと電子を受け取りやすい物がある。

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(1)回転ストロー
塩化ビニルでできたストローは擦ると負に帯電する。ストローの中央をピンでペットボトルなどに回転するように取り付ける。ストローを紙で擦り近づけるとストローが回転する。二本のストローは共に負に帯電するので反発し合うからである。

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(2)引きつけられる水道水
プラスチックの定規を布で擦り、細く流した水道水に近づけると、水道水が曲がって定規に引きつけられる。水は図のように分子に電荷の偏りがあり、正(+)側が定規の方に引きつけられて全体として水道水が曲がることになる。

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(3)フワフワくらげ

材料 ビニルヒモ ペットボトル 紙
方法 ビニルの袋をクラゲの脚のように細く切る。ペットボトルとこのヒモをティッシュでよく擦る。クラゲを上に投げ、下からペットボトルを近づける。クラゲはフワフワと浮かんでいる。

説明

ビニルとペットボトルは紙で擦ると負(-)に帯電する。負どうしに帯電しているので反発して浮かぶ。

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2 テスター(回路を流れる電気)トップへ

ねらい 物体には大きく分けて電気(電流)を通す物(導体)と電気(電流)を通しにくい物(不導体)がある。電流が流れる回路を作り、身近な物を導体と不導体に分け、電気が流れるときに回路は繋がった状態になっていることを学ぶ。
材料 豆電球、ソケット、ニクロム線、乾電池、ボールペンの外側(同じぐらいの木でもよい)、クリップ、セロテープ、電池ホルダー(なくても良い)
方法 1 豆電球をソケットに付けて、ソケットの導線をボールペンに入れる。

2 導線の赤を乾電池のプラスに、黒をマイナスに接続する。図のような回路をつくる。電池ホルダーがあれば接続がしやすくなる。

3 導線の先にクリップをとめ、乾電池をボールペン、木片にとめる。

4 釘などの金属やストローなどの非金属で豆電球がつくかどうか調べ、電流を通すものと通さないものに分けてみる。

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3 アルミ箔を流れる電流(抵抗の働き)トップへ

材料 アルミ箔 乾電池 豆電球
方法 乾電池の一方に長く切ったアルミ箔を付ける。まず、電池近くに豆電球を付け明るさを確認し、その後、豆電球の導線をアルミ箔にそって遠ざける。明るさはどう変化するか。
結果 少しずつ暗くなる。

説明

アルミ箔は抵抗線の働きをする。そのため長くなるほど抵抗が大きくなり、流れる電流が少なくなる。そのため暗くなる。

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4 磁石(コンパス)をつくる トップへ

ねらい 磁石は購入しないと手に入らないと思い込んでいる場合が多い。方位磁針を

作り磁石の仕組みを理解する。

 材料 まち針などの細い金属 糸 ペットボトル 方位磁針 磁石
方法 1 針を指で押さえ固定し、磁石のN極、S極のどちらかで同じ方向にこする。前

後にこすってはいけない。

2 小さな金属片に付けて磁石になっていることを確認する。

3 糸に吊るし、方位磁針と同じ方向を差すことを確認する。

4 シャーレなどの小さな容器に水を入れ、紙を浮かべて作った方位磁針を紙の上に置く。

5 ペットボトルを切断し、中にコンパスを下げ東西南北の方向を印と携帯コンパスになる。

磁化の説明

金属片の中には磁性物質が含まれており、様々な方向を向いており、全体としては磁石の性質をもたないが、磁石でこすることにより、磁性物質がN極、S極の方向に並び、磁石に変化する。前後にこすると、配列が整わないので磁石にはならないので注意する。

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5 磁界を観る トップへ

材料 植物油(透明ほど良い) ペットボトル スチールウール はさみ 磁石
方法 1 スチールウールをはさみで細かく切る。手で揉んでも良いが細かい破片になるようによく揉む。

2 ペットボトルに植物油を入れ、細かくしたスチールウールを入れる。

3 良く振り、スチールウールが均等に分散するようにする。

4 磁石を近づけ磁界を観察する。異極、同極で行う。

結果 スチールウールが磁界を示し、磁界の現われが目で良く確認できる。

異極の場合 引きつけ合、同極では反発し合う。一般的には磁界は磁石の上に紙を置き、鉄粉を撒いて目で見るようにするが、油を使う方法では、持ち運びも容易で鉄粉が飛び散るようなことがなく、簡便な方法で児童が自分で確認できる点も良い。ただし、油が手に付かないように注意する必要がある。

磁鉄鉱の周囲の磁界

磁鉄鉱の周囲に小さなコンパスを置き、地球磁場の方向と比較する。磁鉄鉱の向きを逆にして磁界の変化を確認する。

磁性鉱物は冷却し温度が下がった時に、その時の地球磁場の影響を受けて鉱物内の磁性物質が配列し、磁性を帯びるようになる。その時の温度をキュリー点といい、鉄の場合は770℃である。鉄の磁石を770℃以上に加熱すると磁性を失う。


6 二つの棒磁石についた釘を両方からくっつけると釘はどうなるか トップへ

材料 棒磁石2本 釘
方法 棒磁石のN極とS極に釘をつけ、それを近づけ密着する。
結果 釘は2本とも落ちる。

説明

2本の棒磁石を近づけると1本の棒磁石になる。そうすると付着した部分の磁力はなくなり釘は落ちる。1本の棒磁石でも両側から内側に近づくほど磁力は小さくなり、中央では磁力は働かない。


7 電磁石をつくる トップへ

材料 釘 銅線 乾電池 ピン(多数) 手袋
方法 釘に銅線を50回巻き、100回巻き、150回巻き電磁石を作り、1.5Vの乾電池1個で、虫ピンが何個付くかそれぞれ3回う。両端にピンを付着させピンの数を数える。

乾電池が熱くなるので手袋をした方が良い。

結果

ピンの付着数 平均
50回巻き 38  48  46 44
100回巻き 104  128  169  194 164
150回巻き 263  305  268 279

*児童には必ずグラフを書くように指導する方が良い。グラフは手書きでも良い。グラフを書くことにより科学的な判断力を養うことができる。


8 不思議な電磁石 トップへ

材料 長い釘か金属の棒 導線(エナメル線、銅線) 乾電池
方法 釘に導線を巻き、中央で反対巻きにする。乾電池を接続し、ピンを中央につけてみる。
結果 ピンは付着する。

説明

真ん中でコイルの巻く方向を反対にするので2本の電磁石が共存していることになる。そのため、ピンは付着する。同じ方向だけに巻いた場合、釘の中央には磁力は生じない。棒磁石と同じである。


9 電磁石の周囲の磁界(右手の法則)トップへ

ねらい 電磁石をつくり周囲に磁界ができること、右手の法則を確認する。
材料 釘(5寸)コンパス、エナメル線、乾電池、サンドペーパー
方法 1 エナメル線を釘の周りに巻く、両端をサンドペーパーでこすって周囲の被覆を取る。

2 乾電池を接続し、小さな金属片を付けてみる。

3 釘の周囲にコンパスを置き、コンパスの北が差す方向を記録する。調べる方向は、釘の両端と中央など変えて行うとよい。

4 乾電池の向きを変えて同じことを行う。


10 電流がつくる磁界(右手の法則)トップへ

ねらい 一直線に流れる電流の周囲には磁界が作られる。この時の電流と磁界は電磁石

で調べたものとは異なるのでこれを確認する。

材料 ニクロム線、乾電池、方位磁針、セロテープ
方法 1 ニクロム線を四角形になるように四角いものに数回巻く。

2 セロテープで形が崩れないように留めて乾電池をつなぐ。

3 方位磁針をニクロム線の上下、左右などいろいろな場所に置きN極の方向を記録する。

4 乾電池の向きを変えて同じことを行う。

結果

図のように右手の法則に従って、一直線に流れる電流の周囲に磁界が発生する。この場合は、親指が電流の方向で、他の指が磁界の方向を示すことに注意をする。一直線に流れている電流の上と下側では生じる磁界は向きが異なる。


11 回転モーター(フレミングの左手の法則)トップへ

ねらい コイルを磁石と組み合わせ回転モーターをつくり、モーターの回転方向をフ

レミングの左手の法則から理解する。

材料 コイル 磁石 エナメル線 乾電池 試験管やマジックインキなど丸い物 リ

ード線 クリップ 板

方法 1 エナメル線を試験管に10回程度巻く。巻き数が多すぎると重くて回

転しにくいので注意する。

2 両端の被覆をサンドペーパーで落とす。

3 クリップをニクロム線が乗るように形を変え、スタンドになるように板に留めたり、机に貼ったりする。

4 モーターの下に磁石を置き、U型磁石の場合は間に置き、クリップの台にリード線を接続し、乾電池につなぐ。

5 始めは回転しにくいが、左右どちらかに手で回転させると回転を始める場合が多い。回転の方向はフレミングの左手の法則で確認する。

結果 中指が電流、人差し指が磁界、親指が力の方向なので、電流と磁界の方向が決まれば、自ずと力の向きは決まる。電池の向きを変えたり、磁石の向きを変えたりして、回転の方向が変わることを確認できる。

 

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