センサーを使ったコンデンサーの充放電実験(イージーセンスV-Hub)

ケン博士
サイエンストレーナーの桑子研です。 

バカロレア校ではセンサー機器をつかった実験が一般的です。私も数年前、群馬国際アカデミーの理科の授業を見学させていただきました。そのところ、単振動の実験をみさせてもらいましたが、センサーを使って周期を測定していて、また生徒はグラフ電卓を一人が1つずつ持ち込んでいたのが印象に残っています。

高価なセンサー機器です。予算のこともあるので、センサーを少しずつ買い集めていき、とうとう生徒の班の数のセンサーがそろいました。そんなわけで満を持してのセンサーをつかった生徒実験を行いました。

私がやりたかったのがコンデンサーの充放電実験。いままでは電流計を用いて行っておりましたが、アナログであり、何度も確認をしながら、I-tグラフを描いていました。それがイージーセンスを使えば、リアルタイムに放電曲線が描かれていくところがやはり感動です。

iPadとはBluetoothで無線接続ができます。

1時間のうちに何度も実験ができるというセンサー機器の特徴を使って、3種類の抵抗(10オーム、5オーム、20オーム)で放電をさせて放電曲線の様子を見てみました。

まずは充電をして…

放電時にイージーセンスの電流センサで、回路に流れた電流を計測します。

電流センサは無接続でもはじめに0mAになっていないので、補正が必要です。

実験後に領域積分で、コンデンサーに溜まっていた電気量を見積もってから、電気容量を計算すると、1Fに近い数字となりました。

放電曲線です。最大値がすぐにわかります。

積分も一発でできてすばらしい。今までは長方形をつくっての手計算でした。生徒もこの機能には驚いていました。

手計算もそれはそれで意味がある作業だとは思っています。が、時間がかかる…。

こちらは抵抗を20Ωにしたときの放電曲線

こちらがその結果です(生徒のグラフと結果)。

グラフの概形です。

これは別の班のグラフの概形。

それぞれのデータから電気容量を求めるとこのような結果に。

こちらは別の班の結果です。

領域積分をすると、どの抵抗を使っても4000mCに近い数字になるとことが面白いですね。誤差率はとりあえず出させてみました。

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桑子 研(くわこけん)
 1981年群馬県生まれ。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10冊。