工作
工作手順
- 台の製作
最初に上部タンクと発泡スチロール板の台に載せた空き缶の隙間が２０cm程度になるようにスタンドを組み立てておきます。高さは調整できるようにしておくと良いでしょう。形にはこだわりません。
- 上部タンクの加工
タッパーの底に５mmの穴をあけます。穴の位置は出来るだけ離す。ドリルがない場合は、皮用のポンチも使えます。木の台の上にタッパーを置いて穴をあけてください。この穴に“ミニ取出し口”をねじ込みます。“ミニ取出し口”は６mm（P1.0）のネジになっています。素材が固い場合は５mmの穴を開けてタップでねじを切ってねじ込みます。タッパーなど柔らかい素材の容器を使用する場合は、タップでネジを切る必要はありません。
- ノズルの製作
これだけは、色々と探しましたが適当なものがないのでガラス管細工でつくりました。外径５mmのガラス管をバーナーで細工をしてノズルを作りました。(ガラス管だとノズルの穴径を自由に太さをつくれますから)
- 金属線を加工する。
端を３０～４０cmくらい残して、直径２０mm程度の丸棒に巻いてコイルを作ります。巻くときはしっかりとつめて巻いて、中の棒を取出してから両端を引っ張るときれいにできます。残った端は空き缶につなげます。
- 空き缶を加工する。
空き缶の蓋部分を缶切り(トッパー缶切りが便利)で切り取り､下部タンクを作ります。釘（100mmぐらい)で側面の上から１／４の位置に穴をあけます。そして、口の部分を「紙やすり」「金工ヤスリ」で削って、塗装をはがします。そこに、先程つくった金属線の真っすぐな方を巻き付けてしっかり固定します。ハンダ付をすれば確実でしょう。
トッパー缶切り
缶詰の缶の縁の外側を切る缶切り。四角い缶や炭酸飲料の缶のように胴体が縁より太くなっている缶も蓋を切り取ることが出来る。その蓋をかぶせて使うこともできる。
- 発泡スチロールの加工
梱包に使われていた発泡スチロールを図のように、切り取ります。発泡スチロールは撥水性があり、しかも電気を通しにくいので絶縁台に使用します。
- 組み立て
- 空き缶の横穴から透明ビニールチューブを差し込む。
チューブは底まで突っ込みます。これは、空き缶にたまった水を排水するためのサイフォンになます。
チューブの缶から出た側の長さは、缶の底より下でかつ、下のタンクに届かない長さでないとなりません。
- チューブでつなぐ
タンクの“ミニ取出し口”に“透明ビニールチューブ”、“ミニコック”、ノズルの順でつなぎます。タンクの「ミニ取出し口」に「ミニコック」と「ノズル」を「透明ビニールチューブ」でつなぎます。 - 全体をセットする。
空き缶、ノズル、コイルを図のように配置します。
このとき、左右の針金やコイルが近づきすぎると放電してしまうので、注意して配置してください｡
- 空き缶の横穴から透明ビニールチューブを差し込む。
発電機の試運転
上部タンクに水を入れて、コイル内で水流がちぎれて水滴になるようにコックを調整します。（コイル下端で水流が切れるぐらいの方が調子が良い）【重要】
しばらくすると、水滴がまっすぐには落ちなくなり、そのいくつかはコイルの回りの空中をフワフワと漂い始めます。
発電機の運転
空き缶から出ている銅線の先に、スズメッキ線（普通の針金でも、もちろんＯＫ）を取り付け、発泡スチロールで作った台に貫通させ、一方にネオン球を取り付け、（尖っていると低圧で放電しやすいので）一方は丸めておきます。針金とネオン球を１～２mm離して、コックをあけて発電させると、今度はパチッと音がして同時にネオン球が点灯します。これは暗闇ならネオン球がなくても放電が見えなくもないのですが、ネオン球だとずっと明るいので放電が確認できます。
考察と課題
静電気発生の原理
まず、ノズルから落下する水滴が、わずかな電界のかたよりで＋か－に帯電します。その量はとても小さいものですが、落下した水は下の空き缶に落ちて空き缶をわずか帯電させます。
その電荷は針金を通じて反対側のノズル周辺のコイルに伝わり、そのノズルから落ちてくる水滴を反対の電荷に帯電させます。
始めは双方とも、本当に少ない電荷ですが、いったん片寄りが生じるとこれは加速度的に増加します。そして、ついには空気の絶縁を破ってショートする訳です。
考察
課題
スチロールのコップ（米村式ライデンビン？）に、ビニール電線をつないでみます。このライデンビン、結構容量があって最初からつなぐと発電が起きない場合もありますから、一方だけつないで、水滴の動きを確認しながらライデンビンの端子に接触（接触させなくても放電して電荷は移動しますが）させて、段階的に蓄電する方が良いようです。また、完全に接続せずに０.５mm～１ｍ、スパークギャップを取って離しておくほうが良いようでした。
これは、スパークギャップを放電しても、次の発電のために必要な初期電荷が十分あるためと思われます。
発電しないとき
説明どおりに製作されていると動作するはずですが、うまく行かないときは次の点を確認してください。
- 湿度
- 湿度が高いと充電が出来ません。空き缶をポリエチレンや発泡スチロールで巻くと良いかもしれません。
- 流量が少ない
- 流れ落ちる水量を増やしてください。
- 水滴がちぎれる位置
- コイルの中心、または中心より下で水滴が切れて水滴になるように流量やコイルの位置を調整してください。
- サイホンのホースが長すぎる
- サイホンは下の水槽まで伸ばさない。長いとそこで漏電します。缶の底の高さの少し下で切ります。
材料詳細
- タッパー
- ・・
- ホース
- 内径５mmの透明ビニールホース
- 空き缶
- 缶コーヒーの空缶が良い
- 金属線
- スズメッキ銅線がよいが、金属ならなんでも良い
- ミニ取り出し
- 株式会社カクダイ、ミニ取出し#0573B M6×1.0 １個１０５円(税込み)
- または、ミニ取出し#0568 M6×1.0 ５個入り５８８円(税込み)
- ミニコック
- 株式会社カクダイ、ミニコック#574-200
- 木材
- 発泡スチロール板
- ・・