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【静電気・電界・
  コンデンサー】

 

電気クラゲ

静電気力を利用したおもちゃです。

タフロープ(15cm程度)を半分にさき,片方の一端をむすび細くさきます。

塩ビパイプなどを用意して,毛糸(キッチンペーパー)などで擦り双方を帯電(負)させます。静電気の反発力を利用して,空中に漂わせます。

ストロー検電器

ストローはポリプロピレンでできています。このストローをテッシュペーパーで擦ると3000~5000Vの静電気(負)がおこります(誘電分極)。この性質を用いて簡単な検電器を作製します。

電気コップ

どこの家庭にでもあるプラスチックコップ(スチロール樹脂製)を使って簡単なコンデンサーを製作します。

2個のコップにアルミホイルをまき,重ね合わせると簡単なコンデンサーになります。これに塩ビパイプなどで電気をためると1万V程度の電圧を得ることができます。ここにネオン管や蛍光灯を近づけると発光するのがわかります。

 注意 電気は汚れや湿気を嫌いますので,コップの縁や塩ビパイプなどはアルコールなどできれいに拭くと効果があります。近くに引火しやすいものは置かないようにしてください。

電気盆

アルミ板と塩化ビニール板で作られた電気盆を使って,静電気をためる実験です。

塩化ビニール板を毛皮などで擦ると静電気が発生します。ここにネオン管を近づけると発光するのがわかります。

 注意 電気は汚れや湿気を嫌いますので,各部品はアルコールなどできれいに拭くと効果があります。近くに引火しやすいものは置かないようにしてください。

バンデグラーフと人形の毛

バン・デ・グラーフ(バンデクグラーフ)起電機は,高電圧を発生させる装置であり,その金属球の表面は+に帯電します。高電圧を発生させると,電極に触れている人形も帯電するため,髪の毛が反発しあって逆立ちます。

バンデグラーフとシャボン玉

バン・デ・グラーフ(バンデクグラーフ)起電機は,高電圧を発生させる装置であり,その金属球の表面は+に帯電します。高電圧を発生させ,そこにシャボン玉を吹き付けると,シャボン玉は金属球(帯電体)の静電気力によって分極します。これを誘電分極という。この結果,金属球とシャボン玉は反発しあいバンデグラーフから離れていきます。

静電遮へい

外部の電場は導体で遮断されると,その向こう側には影響を及ぼさなくなります。このことを静電遮へいといいます。この実験は帯電させた,はく検電器と帯電棒との間に金網をおいた場合に電場の影響が遮断されることを見ます。また,同様の原理でラジオをアルミホイルなどでくるむと電波が遮断されます。鉄筋コンクリート製のビルなどに入ると電波が弱くなるのはこの静電遮へいの影響です。

電界の観察(木粉の運動)

静電界観察実験装置を使って電界の観察をします。観察する電界槽にはシリコーンオイルと木片が封入されています。ここに約5kVの高電圧をかけると,生じた電界により木片が電気力線に沿って移動します。様々な電極を使って実験すると電界の様子がよくわかります。

距離による電界の強さ

電荷のまわりにつくられる電界の強さは,電荷からの距離の2乗に反比例します。この実験はバン・デ・グラーフ(バンデクグラーフ)起電機で高電圧(表面は+に帯電)を発生させ,そのまわりでの電界の強さを,はく検電器で見る実験です。バンデグラーフから離れていくと,はくが徐々に閉じていく様子を見てください。

コンデンサーの電気容量

コンデンサーの電気容量は,極板の面積に比例します。この実験は極板間の間隔を一定にして,極板の面積を変化させます。極板の面積によって電気容量がどのように変化するか見てください。

コンデンサーの充電・放電

1[F]のコンデンサーを3[V]の電池で充電します。すると,時間とともに充電され徐々に電流が流れなくなります。充電が完了した後,電球に放電します。(放電はコンデンサーの+-の極性から電流計の+-を逆に接続してある)放電の場合も,電流が徐々に流れなくなることに注目してください。電流の単位[A]は1秒間に流れる電気量[C]ですので,放電されるときに縦軸に電流,横軸に時間をとったグラフにするとそのグラフの面積からコンデンサーの電気容量C[F]を求めることができます。

コンデンサーの並列・直列接続

コンデンサーの並列・直列接続の場合の電気容量を放電の様子から観察します。同じ電気容量のコンデンサーの場合,並列にすると電気容量は2倍,直列にすると1/2倍になります。この結果,並列・直列接続にして十分に充電した後,放電させると,放電時間に大きな違いが見られます。また,電流の単位[A]は1秒間に流れる電気量[C]ですので,放電されるときに縦軸に電流,横軸に時間をとったグラフにするとそのグラフの面積からコンデンサーの合成容量C[F]を求めることができます。