ipcc楽理会kinshichoコミュの電磁気学関連の話題

電磁気学・マクスウェル方程式・ベクトルポテンシャル等に関連する話題、質問、何でも結構です。ここに書き込んで下さい。

コメント(12)

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実は、セミナーと関係ない話題を書きたくて、自分でトピックを立てました。

今回の話題は、子供の科学遊びについてです。実は私は、小学生に科学の楽しみを体験させる科学塾を主催しているＮＰＯに参加していますして、先日は「磁石と電気の不思議　モータを作ってみよう」というテーマだったので、この場を借りて紹介しようと思った次第です。

この科学塾でのメインは工作です。最初に背景にある科学的なことを説明し、工作を通じて理解と興味が深まることを期待しています。とはいえ、今回の磁石と電気についてもそうですが、何をどの程度説明するか、という判断は常にとても難しい問題です。

通常、子供達は２０～３０人くらい集まります。そこで、主任と呼ばれる講師兼進行役が一人います。工作に際しては、４～５人のグループに分かれて工作しますので、各グループにアシスタントがつきます。

この主任の役割は大変で、当日は講師兼タイムキーパで、上に述べたように、子供達にどのように説明するか、に心をくだくことになります。また、主任はその日に向けて部品その他の準備の指揮もします。今回作ったモータの写真を掲載します。できるだけ子供が自分で作れてかつ安い材料で、と主任の苦心は大変です。コイルは子供達が自分で巻き、エナメルをはがします。普段ドライバーなどあまり使わない子もドライバーで木ねじを締めます。子供に作らせるのは大変なことだということがお分かりいただけると思います。少しでも作りやすくなるように、この写真のモータは何度もバージョンアップしてきたそうです。部品、配置他に細かい心配りがあります。

ところで、私の役割はアシスタントです。平日に仕事を持っている私達には主任の役はちょっと無理そうです。アシスタントの喜びは、出来上がった作品が動いた時の子供のうれしそうな顔を間近に見られることです。それがあるので、休日でも苦にならずに活動することができます。

私の属しているＮＰＯは横浜にある、「おもしろ科学たんけん工房」というところです。ホームページがありますので興味がありましたら覗いてみてください。ＵＲＬは、下記のとおりです。。
http://park2.wakwak.com/~tanken/index.html

[3] mixiユーザー 11月12日 21:11

この写真がモータなんですか。コイルと磁石と電池は揃ってますが、描いていたイメージと違う。
ひょっとしたらこれはモーターの原理を表す模型なのですか。磁場に電流が流れると力を及ぼすという。

[4] mixiユーザー 11月13日 00:05

コイルの両側に伸びている線が整流子（正確には半相だけＯＮです）になっており、ちゃんと回るんですよ。驚きです。
子供達は、エナメル線を巻いて、両端のエナメルを部分的にはがして整流子を作り、という一連の作業すべてを自分でやりますので、組み立てて実際に回った時は最高にうれしそうな顔をみせます。
エナメルのはがし方、重心の取り方などで回り方が大きく変わりますので、工夫の余地もたっぷり残されており、作った後も結構楽しめます。

[5] mixiユーザー 11月13日 07:47

モーターではベクトルポテンシャルはどんな場の形状なんでしょうね？
マクスウエルは電気緊張度すなわちベクトルポテンシャルを電磁気の基本に据えていたようですが・・・。
モーターにおける電気緊張度についてなにか参考になる本ありましたら、教えてください。

[6] mixiユーザー 11月14日 20:43

あらさんのテキストにあがっている、岡部さんの資料が役に立ちます。
（１）磁場があるところ、あるいはその周辺には、ベクトルポテンシャルがある。
（２）微小電流の作るベクトルポテンシャルは、電流の方向と同じ向きを向き、距離とともに減衰する場である。
　従って、これらを合成したものがベクトルポテンシャルとなります。
　モータには、いろいろ種類があり、種類によりその動作原理は異なります。
　この写真では、電流ループと永久磁石と、整流子がありますから、直流モータの一種と考えられますので、フレミングの左手の法則が適用できます。
　ゴトウさんは制御がご専門ですから釈迦に説法かもしれません。

[7] mixiユーザー 11月14日 22:18

２の解釈は分かりやすいですね。
岡部さんの資料、社内メールで送っていただければ幸甚です。

[8] mixiユーザー 11月14日 22:43

ミッキーさん、回答頂きありがとうございます。
例のＡＢ効果は、ミッキーさんの答えの（１）の後半部分、磁場のないところにもある、ということですね。
（２）は、電流源のある場合で、岡部教授のｐ．４８にあります。この資料はミッキーさんが書いていますように、このコミュの「テキストについて」に書いてあります。
コピーの譲渡は許されていなかったと思いますので、コピー送付は差し控えます。ｇｏｏｇｌｅで＜岡部洋一　電磁気学＞の二つのキーワードで検索してみてください。放送大学岡部教授の「電磁気学」というｐｄｆファイルがすぐ出てくるはずです。

[9] mixiユーザー 11月15日 19:40

ミッキーさん
岡部教授のｐｄｆファイルありがとうございました。
そのうちすこしは目を通したいと思います。
さっと見た感じでは、ゲージ変換！がおもしろそうですね。
さてどれだけ理解できるか？
もう気合だ！気合だ！しかありませんね。

[10] mixiユーザー 11月16日 00:00

岡部教授のテキストはベクトルポテンシャルを重視していますので、個人的には大事な資料になる予感がしています（理解できれば、の話ですが、理解すべく努力中です）。ゴトウさんおっしゃるとおり、ゲージ変換の意味もページを裂いて説明しています。また、同じく「テキストについて」に書いてあるＥＭＡＮ氏の資料もとても面白いものです。違った意味で参考になります。

[11] mixiユーザー 11月19日 17:23

　トップに出ていた写真と同じ原理で回転する極小型モータを作った事があります。紹介記事は何に出ていたんだろうか。子供の科学あるいは工作の単行本だったろうか。

　回転軸は虫ピンです。回転子はホチキスの歯です。虫ピンと直角になるようにホチキスの歯を４～５本裏表に重ね、そこにエナメル線をまきました。整流子はエナメル線の被覆をはがしなんかで固定しました。界磁のほうはどんな構造だったか全く忘れました。当時モータの組み立てキットとか、ベルの組み立てキットとか買ってきてよく作りましたが、このホチキス型はそれらに較べはるかに小型でカラカラと心地よく回転したのを憶えています。
　ああ、回顧談ばかりでやだなあ。

[12] mixiユーザー 11月22日 19:31

回顧談いいですね！
身近な歴史！遠い歴史！
楽理会のもうひとつのテーマは歴史探索（散策）ですが、できれば大変身近な特許技術史（ここ２０～３０年の）やりたいとと時期の到来狙っておりますが・・・。最近入会された方で２～３名興味ある方がおりますので・・・。

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