減衰する様子まで見える!イージーセンスと電気振動

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電気振動の様子を観察してみよう!

みなさんは交流分野ではどのような実験をしていますか?交流を流しながら、コイルの自己インダクタンスを変えて、電流がどのように変化するのか?などの実験や、自己誘導の実験などはやっていたのですが、電気振動の実験がなかなかうまくできていませんでした。

前々からイージーセンスで生徒の目にみえるような形で、電気振動の実験をやりたいな〜と思って、いろいろなコンデンサをつかって実験をしていましたが、うまくできました。それがこちらです。

縦軸が電圧、横軸が時間です。

理論通りに、減衰しつつも周期が一定の正弦波の様子がきれいにでていて、感動しました。周期が自分がつかったコンデンサーの電気容量やコイルの自己インダクタンスの計算とあまり合わないので、まだ研究中ですが、きれいにグラフで可視化されたので、授業での演示をすることにしました。

今日はイージーセンスを使った、電気振動の観察方法についてご紹介します。電気振動については、本日のメールマガジンでもご紹介しています。ぜひご登録ください。


 

科学のレシピ

用意するもの

コンデンサー(10μF)、コイル(0.05H)、ブレッド−ボード、ジャンパーコード、ワニ口、乾電池×2、電池パック、イージーセンス3リンクス、イージーセンス電圧センサ

※ コイルは他の実験でも使用しているものを流用しており、あまり意味はありません。またコンデンサーも10μFでなくてもできると思います。イージーセンスについてはこちらを御覧ください。使い方について知らない方は、NSAなどで使い方をお伝えしていますので、もしよかったらご参加ください

実験方法

① 回路を組む

次のような回路を組みました。コンデンサはあらかじめ充電をしておき、スイッチをいれて電気振動を起こしました。

こちらが実際に組み立てた様子です。ブレッドボードをしようして、簡単に接続をしてみました。演示実験で使う程度であれば、ボードに刺したりで十分ですね。

コンデンサの充電は左側のレーンに直接さしておこない、右にうつしてセットをし、スイッチをおすと、電気振動がはじまるようにしました。

② コンデンサを充電する

③ イージーセンスの設定をする

測定時間は50ms、測定間隔は50μsで、データ数を1000にしました。

開始トリガーは、3Vの電池で充電をしたので、基本的には電圧がある状態になっています。スイッチをおしたときに電気振動がおこり、電圧が低下することになるので、1Vを下回った時をトリガーとして、プレトリガーとしてその前の25%のデータを取得するという設定にしました。

③ コンデンサをセットして、スイッチを押すと記録されます。

結果

このような振動が記録できます。

 

減衰して振動をしている様子がわかりますね。プロジェクタなどにつないで生徒全員で観察をするとおもしろいと思います。本当なら各班で実験をしてみるのが良いのでしょうが、本校には全員分のイージーセンスがないので残念です。が、教員がもっておくだけで、演示実験ができるので、やはり1つはほしいところですよね。

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プロフィール

桑子 研
桑子 研(くわこけん) 1981年群馬県生まれ。共立女子中学高等学校の理科教諭を務めるかたわら、サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など科学啓蒙書・参考書・絵本など10冊。東京書籍の教科書編集委員・ナリカサイエンスアカデミー公認講師。

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