|
|
 |
⇒利用支援案内
１．はじめに
「S-cable」を用いると，方位磁針を手にした生徒たちがワイワイと相談しながらエルステッドの実験を行い，仲間同士で法則を発見できます。といってすべて生徒任せではなく，先生が，S-cableに流れる電流の向きや大きさを変えたり，スイッチ操作を行なって意図的に授業を工夫・制御できます。 生徒任せではなく，生徒と先生が連携して理解を深める実験学習はとても魅力的なものとなります。 最適な『Active Learning実践例』となるでしょう。 「想定外の万能電線へ」 手元でエルステッドの実験を行なうことを意図したS-cableですが，予想外の展開が始まります。 鉄心に数周巻くだけでかなり強い電磁石になり，驚かされます（世界初のスタージャンの実験にそっくりです）。しかも，コイル巻きで電磁石ができる理由も簡単に理解できます‥この重要事項が，驚くことに電磁石学習で教えられていません。 また，磁場の中で「S-cable」が動いたり（電気ブランコ，ローレンツ力），逆に，磁場の中で電線を動かすと誘導電流が確認できます。縄跳びのようにゆらすと地磁気発電も確認できます。 残るは「モーター」‥交流を流し，磁石の回転子を回す同期モーターの研究を続けました。しかし，安定した回転は難しく20年以上も悩み続けます。追い込まれ「もう，ダメ‥」と諦めかけた時，講演で大型方位磁針を回したことがきっかけで閃きます。それは，王立研究所（イギリス）のウラストンの発想の具現化ともいえる方法です。つまり，究極の元祖簡易モーターだと考えられ「S-motor」と命名しました。 こうなると，もう興奮状態です。今まで，それぞれの実験は，様々に違った方法・教具で行なわれてきましが，一本の電線「S-cable」で可能となったのです。 エルステッドの実験は，すべての電磁気現象を含んでいたということです。 ・S-cableに交流電流を流す 近づけた磁石が振動したり，コイルを近づけると接続した豆電球やLEDが点灯します（電磁誘導）。 ・S-cableに音声電流を流す 磁石を貼り付けた空缶や紙コップを近づけると音が出てきます。また，コイルを近づけると，接続したスピーカーから音が出てきます（電磁誘導）。 ※音声を用いた電磁誘導は補聴器でも利用され，JIS規格化されています。関係する送信設備である電線は床下に設置されているそうです。また，美術館などでの案内システムに利用されていたこともあります。 「S-cable名称について？」 参照⇒「S-cable」研究室 「S-cable開発について？」 参照⇒「S-cable」開発物語
２．構造と特徴（Ver.2）
標準仕様は，この２つのはたらきを１個のスイッチにまとめて扱いやすくしています（図７）。
しかし，DC電流の測定可能なクランプメーターがあれば測定できます。 DC電流は磁気センサーによる測定であり，強力な磁場を形成する10倍の電流を確認できます。
「標準仕様は奇跡の発見」 電線の開発にあたって，様々な多芯電線（８芯〜50芯線）を用いて試作，検討しました。電源装置は身近な理振備品（５Ａ，15Ｖ程度）に限定し，ブレーカが落ちない，発熱（安全性），10倍の電流相当という説明のしやすさ，作りやすさ，電線の入手，費用などを考慮し，標準仕様を設定しました。 正確に言うと，偶然「標準仕様」の条件に近いものを製作したことに始まります。この条件以上のものは見つかっていません。 太さが気になるようで「LANケーブルで作れませんか？」というご意見をいただきます。使えないこともないのですが，課題もあります（以下，簡単に理由説明をします）。実際に授業で用いると，「標準仕様」の太さの良さに気づきます。 エルステッドの実験から約200年間，こういった教具が開発されなかったのはそれなりの理由（条件が限られる。太さの思い込みなど）があるようです。 ご意見１：「電線をより長くしたい！」「電流をより多く流したい！」 より高電圧の電源が必要になります（電流容量は５Ａ程度必要）。また，長くなると取り回しがやっかいです。講演では９ｍ「S-cable」（24Ｖ電源）を用いていますが，切り離し構造としています。もっと長くすると高電圧の危険性を考慮することになります。 「芯線を太くする（抵抗を減らす）」という方法もあります。芯線の次の規格は0.5mm2で，10芯線の場合15Ｖ電源で10ｍのS-cableが作れます。ただ，かなり太く（直径10.0mm）なり，柔軟性に欠けて扱いにくくなります。「芯線の数を減らす」ても長くできますが，実効電流が減ります。 ※タイ国IPSTセミナーで用意していただいた電線は0.34mm2規格で，15Ｖ電源なら７ｍまで可能でした。 ご意見２：「0.3mm210芯線より細い線を使いたい！」 太めの標準仕様が気に入っていますが，絶対ということではありません。 より細い規格は，0.18mm2×10芯線となります（直径6.0mm）。これは，標準仕様である0.3mm2電線の２倍の抵抗となり，理振備品の電源装置なら３ｍが限界となります。しかし，４人程度の小グループなら３ｍでの実験も可能です。問題は，クラス人数が多いと，かなりの数を作らなければならないことです。また，同じ長さでも発熱が２倍となり，長時間作動に不安を生じます。LANケーブルを用いる場合も同様です。
もっと長くする場合，より高電圧の電源装置が必要になります。特別な電源装置を購入するか自作になりますが，図９のように理振備品の電源装置２台の直列接続という方法があります。 例：一般的な「15Ｖ５Ａ電源装置」なら，２台で「30Ｖ５Ａ電源」になります。 元勤務先の研修講座では24Ｖ５Ａ電源装置を２台直列接続して50Ｖ５Ａ電源とし，18ｍの電線を用意しました。ただ，高電圧の大電流は，スイッチの耐性や感電も気になります。 すべてが一緒に実験に参加する必要もなく，長くても取り扱い易い９ｍ（24Ｖ５Ａ電源）で十分だと思います。長いと，アンプを繋いだ時，音の電流が流れにくいという問題も生じます。 最近増えてきたスイッチング方式の電源装置には使えないものもあります。これは，説明書で確認できます。トランス巻線をスライド接触させて電圧を可変する従来タイプでは問題ありません。 「安価な電源装置」 安価なスイッチング電源装置が増えています。アマチュア無線のモービルトランシーバー用電源装置などで，例えば，DC６〜15V可変（連続最大出力４A／13.8V時），電圧・電流計付き(切り替え式)…というスペックでも１万円以下で購入できるようです。ただ，スイッチング電源ですから，理振の一般的な電源とは異なり，AC出力はありません。 電圧可変はほぼできませんが，スイッチング電源ユニット（少し工作が必要）やACアダプターなども利用できます（最も安価）。 「電線の温度上昇」 通電するとS-cableが少し暖かくなり，大電流が流れていることを実感できます。冬季でもしなやかで扱いやすくなり，ねじれぐせも解消できます。 小学校でのジュール熱の学習にも利用できます。教科書では電熱線を用いますが「電熱線だから発熱」となり，電流と発熱の関係が一致しません。穏やかな発熱なので火傷の心配がなく，手の中で体感出来る良さもあります。 標準仕様を４Ａとしたのは，電源装置に余裕を持たせただけでなく，発熱による事故防止もあります。ジュール熱学習では５Ａ近くまで流すとより顕著な結果を得られますが，長時間通電は避けてください。 ３．備考 「S-cable」を１本の大電流電線として扱い，輪を作ってコイルにすると容易にパワーアップします（コイルにする価値がわあかります）。 しかし，もともと巨大なコイル構造であり，偽っているような後ろめたさもあります。そこで，授業の後で，この秘密の仕掛けの種明かしをしてほしいのです。多くの生徒の目がもっと輝くはずです。実際に，夏休みの自由研究で自作した生徒があり，嬉しかったです。なお，このようにずらして接続した電線を「ループコイル」と呼ぶそうです。また，すべての回路は一周のコイルとも解釈できます。 ※贈呈版は「S-cable結線」の見える化を意図し，蓋を簡単に開けられるようになっています。その関係で，配線もわかり易くきれいにしています。 ・平成４年度東レ理科教育賞（第24回）を受賞しました。（平成４年度東レ理科教育賞授賞作品集［第24回］P17〜20参照）
・「東レ科学振興会」で，実験ビデオ『大電流電線による電磁気の実験』の借用ができます。 ・この電線を最も早く展示品にしていただいたのは「名古屋市科学館」で，次が「群馬県生涯学習センター（少年科学館−科学展示室−）」です。 ・「科学技術館」にも設置されました。科学技術館は「第一回青少年のための科学の祭典」が開催され，出展した「S-cable」が広く認知されるきっかけとなりました。声をかけていただいた後藤道夫先生には心から感謝しています。 ・平成18年度には，「京都市青少年科学センター」でも展示品になりました。 ４．「S-cable」見本，および詳細マニュアル贈呈案内 附属のマニュアル「S-cable活用術」に詳細な記述があります。webのブラウザでの表現は限られ，十分な解説ができません。
|
《SUGIHARA KAZUO》