バンデグラフ (Van de Graaff)

(静電気発生装置の実験)

バンデグラフは電気を使って静電気を発生させる装置である。金属球に静電気を蓄電する。球形になっているのはできるだけ放電しないようにするため。

写真の右側の装置に電気をつなぎスイッチを入れてモーターでベルトを回転させると、静電気が金属球(集電球)に蓄電する。右の装置をアースしておく。しないとスイッチを切るとき手に放電する。スイッチを切っても静電気が集電球に残っているので、左の器具(放電球)で放電するとよい。

1 バンデグラフの放電実験

バンデグラフのスイッチを入れると花火放電ができる。 バンデグラフの蓄電する容量によって空気放電する距離は変わる。

 

2 バンデグラフで蛍光灯を光らせる。

かなり高電圧で静電気をためることができるので、目に見えて明るく蛍光灯が光る。実験では4wの蛍光管であるが、40wの蛍光管でも発光させることができる。塩ビパイプでも蛍光灯を光らせることができるが、そんなに明るくならない。小さい蛍光灯のほうがさらに明るく見える。

3 バンデグラフの静電振り子 

この実験は、アルミ缶の静電気振り子と同じで、静電気が振り子を伝わって、アース側に移動するもの。実験では、タコ糸50cmぐらいで端をアルミ箔で包み込んでを径2cmぐらいの玉の振り子にします。そうして、スタンドに吊り下げます。間隔は振り子がしっかり両側に当たるぐらいです。実験の場合では15cmぐらいです。

実験

電源をいれるとすぐに玉が揺れる。静電気が強いので少し動かしたら電源をとめる。止めてからでもしばらくは振り子のように両側に当たって動いています。 

  

4 バンデグラフでPPテープの毛が立つ

バンデグラフを実験しようと思えば必ずおこなう実験でしょう。よく人がバンデグラフの集電球の部分を触れば人の髪の毛が毛が立つようなことがある。普通に手で触っても髪の毛が立つことは無かった。これは、身体に静電気が少したまるが足の先から静電気が流れしまうためであろう。これを毛が立つまでにするには、身体に静電気をためなければならない。その方法として、絶縁の台(プラスチック製の踏み台など)の上にの乗り、放電球に手を触れ続けるとできるでしょう。
実験では、4本の25cmぐらいに切ったPPテープ(ポリプロピレンの紐)の端を縛って、細く切り裂くいて、バンデグラフの頭の部分にテープつける。このときのつけ方は、開くほうを上向きにすると毛が立ちやすい。また、つける前に1度、テッシュペーパーで擦っておくとよく毛が開く。

  

 5 バンデグラフにロウソクの火を近づける

バンデグラフにロウソクの炎を近づけると炎がバンデグラフに吸寄せられる。炎は電気的にプラスイオン、マイナスイオンの状態になっているので、バンデグラフの集電球に引き寄せられると考えられる。

 

6 バンデグラフでフランクリンモーター(静電気モーター)を回す。

前に紹介したフランクリンモーターをバンデグラフで回してみました。プラスチックの水槽を台にしてバンデグラフの電源を入れると、本当のモーターのように速い回転で動くことができた。(作り方はフランクリンモーター参照)

  

 

7 大きなスチロールカップを回す(フランクリンモーター)

バンデグラフはさまざまな実験ができる。小さなスチロールコップでも回るが、今回は大きなスチロールカップ(ビッグサイズのラーメンカップ)を利用してフランクリンモーターにして回してみた。

材料 径3p×20cm筒 スチロールカップ  アルミ箔 3×12p 10枚 20cm×3cm 1枚か 3cmb×40p1枚  ゴム栓 画鋲 両面テープ ボンド 水槽 バンデグラフ  

@スチロールカップに等間隔にボンドでアルミを貼り付ける、底の中心に画鋲を挿して、テープで固定する。
A支柱2本は 支柱に対して横に両面テープ貼り付ける。短い方は半々、長いほうは10pほど片方は30pほどにしておく。 1本はゴム栓をする。

Bゴム栓のついているものを水槽の中心に置き、スチロールカップをかぶせる。短いアルミの導線のついいたほうはバンデグラフ側に設置する。長いほうは30pある方をアースにする。

Cバンデグラフのスイッチを入れ、回転するように調整する。アルミ箔の導線は、一直線上でなく少し斜めにクロスさせること。

   

 

 

8 さらに大きなローターを回す(フランクリンモーター)

この実験はバンデグラフを使い大きなローターを回転させるものである。静電モーターとして利用するローターの材料は直径21pの紙製のスポンジケーキの型を逆さまにして、中心に画鋲を挿して利用する。側面に幅3cmのアルミ箔を1cm間隔でボンドで貼り付ける。そうして発泡スチロールの箱の上において、ローターは回転させるようにしておく。左右にアルミ箔のリードをおきてバンデグラフの電源を入れて回転させてみる。この方法ならさらに大きなローターで回すこともできる。 

材料 径3p×20cm筒 直径21pの紙製のスポンジケーキの型  アルミ箔 3×12p  20cm×3cm 1枚か 3cmb×40p1枚  ゴム栓 画鋲 両面テープ ボンド 発泡スチロールのはこ バンデグラフ  

@直径21pの紙製のスポンジケーキの型に等間隔にボンドでアルミを貼り付ける、底の中心に画鋲を挿して、テープで固定する。
A支柱2本は 支柱に対して横に両面テープ貼り付ける。短い方は半々、長いほうは10pほど片方は30pほどにしておく。 1本はゴム栓をする。

Bゴム栓のついているものを発泡スチロールのはこの中心に置き、スポンジケーキの型をかぶせる。短いアルミの導線のついいたほうはバンデグラフ側に設置する。長いほうは30pある方をアースにする。

  

 

  

9 バンデグラフで自作のハミルトンのフライホイールを回す

実験 バンデグラフの頭頂部に設置する。このフライホールは軽いので、バンデグラフの振動でずり落ちる。そのため、セロテープで固定する。ためしに回転するか確認する。中心の軸に調整。穴の大きさの調整をして、回転するようにする。このはずみ車の回転は静電気のコロナ放電を利用して回転する。

はずみ車の先端を反対向きに折り曲げると、どうなるか確かめてみる。

    

設置してから電源を入れてみるとすぐに回転し始める。

バンデグラフ実験でハミルトンのフライホイールの動画

ハミルトンのフライホイールの 作り方はこちらから 

 

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