「パスカル電線(S-cable)」実験用 
アンプ付スピーカーの活用

  
★観察実験には専門知識と経験が必要です。本サイトの閲覧は理科教育関係者に限らせていただきます。★
1.はじめに

  「S-cable」に音声,または交流電流を流してコイル受信,つまり,「電磁誘導実験」として活かす工夫・改善を続けてきました。目指した新工夫は「スピーカーによる大きな音での確認」,授業で活かし易いことを意図しています。
「スピーカーの活用と選択」および,「小型パワーアンプの活用」ページ参照。

  上の参照ページをご覧いただくとわかりますが,ねらいを実現するためにはそれなりの苦労があります。しかし,図1右のような市販の「アンプ付スピーカー」を用いれば簡単に解決しそうですね。その可能性に期待し,以前から試していたのですが課題を感じていました。

  「アンプ付スピーカー」は電池作動の機器であるため,コイルに生じる誘導電流を意識し難いと思います。まずは,アンプも電池もない条件下,つまり「コイルとスピーカーだけ」で音が出て欲しい。そして「コイルに生じる誘導電流の存在を納得してから自作の小型パワーアンプを挿入し,より大きな音で考える」という授業の流れが必要だと考えました。「前半は生徒実験」「後半は先生の演示実験」とすれば指導し易いかもしれません。これが,小型パワーアンプに拘った理由です。

  もう一つの課題は,あまり一般的な商品ではなかったことです。しかし,最近では家電店が大型化し(陳列商品数が増え),目に触れ易くなりました。netでも簡単に見つかり(「手元スピーカー」で検索),安価に購入できます。こうなると,課題を認識しつつ積極活用もありだと思うようになりました。何より,手軽です。


アンプなし電磁誘導実験
図1  アンプ付スピーカーの利用:皆で,大きな音で考えます。


  図2のように,アンプなし(=コイルとスピーカーだけ!)のほうが電磁誘導実験として納得し易くなります。
「コイルに誘導電流を生じたからこそ,スピーカーから音が出た!」ということです。

 
・アンプなしで大きな音を出すには様々な工夫が必要。
⇒大きな誘導電流を得るため,コイルの大型化。
⇒大きな音の出易い,能率のよいスピーカー探し。   
⇒「S-cable」も輪にしてコイルと重ねる(図2左上)。
⇒鉄心を用いる。
⇒「S-cable」に大出力アンプを接続する。   
入出力端子
図2  電磁誘導実験としてはアンプなしが良い


2.再発見「エルステッドの実験」

  「アンプ付スピーカーの利用」は「小型アンプの挿入」よりシンプルで,取組み易くなります。「コイルに生じた微弱な誘導電流を増幅します」との説明を要しますが,アンプ支援の良さで結果は明瞭,図3のように「S-cable」傍にコイルを置くだけ,更に,少し離しても大き音が出てきます。夢中になってコイルをあちこち動かしながら音の変化を楽しんでいると,ある事に気づきました。

「この実験は電磁誘導の理解だけでない!」「もしかしたら…『エルステッドの実験』の関連実験!?」

⇒「エルステッドの実験」時,方位磁針は水平に保持する必要があり,電線周囲の磁場調べは持ち方を工夫する必要があります。コイルにはそういった配慮が不要で,自由に動かして周囲の磁場を調べることができます。距離と強さの関係も明瞭で,「エルステッドの実験」以上にわかり易いかもしれません。
(参考)電流による磁場の存在を調べる実験はとても少なく,有意義な学習となるでしょう。

まとめ
・「S-cable」からの距離と音量で磁場の強さと電磁誘導の関係を考えます。
・コイルの向きを様々に変えて「S-cable」周辺を移動,磁場の様子と強さを立体的に把握します。
アンプ利用,共通の良さ
・「S-cable」の輪にコイルに重ねるといった工夫は不要,シンプルに電線と磁場の関係,電磁誘導を調べられます。
・「S-cable」に接続するアンプが,より小さい出力で間に合います。


アンプ利用電磁誘導実験
図3  大きな音で磁場調べ(コイルを離すと?)
アンプ利用電磁誘導実験
図4  大きな音で磁場調べ(コイルを立てると?)


3.参考:接続アダプター

  市販の「アンプ付スピーカー」から延びるコードの先には,「ステレオミニプラグ」が付いています。コイルと繋ぐには,「プラグを切断してクリップをはんだ付け」「接続アダプターを作る」の二通りの方法が考えられます。以下は,「接続アダプター」の自作例です。
 
・モノラルジャック(黒)とミノムシクリップ(黄)を繋いだ「接続アダプター」を自作しました。   
(極性の考慮は不要)

・図の「アンプ付スピーカー」は最大2Wという十分な出力があります。2000円程度で購入できます。
入出力端子
図5  自作「接続アダプター」を用いて繋いだ例

  少し高価になりますが,「ワイヤレスのアンプ付スピーカー」もあります。送信部は小型で目立たず,離れたところから音を出せます。授業ではお勧めできませんが,実験イベントなどでは面白い使い方ができるかも知れません。


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《SUGIHARA  KAZUO》