電機・電子・情報通信産業経営者連盟
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東京都千代田区一番町17-4
電機工業会館5階
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過去の『工作・実験解説集』 

   
電機・電子・情報通信産業経営者連盟(東京都)
   
赤・緑・青のLEDで 光の不思議を楽しもう!
どんな実験なの?
2014年に、青色LEDの発明により、3人の日本人がノベール賞を受賞しました。
赤色、緑色、青色を発光するLEDを一か所に配置し、可変抵抗によりLEDの発光量を調整することにより、いろいろな色をつくってみましょう。
 
実験のしかたとコツ
【用意するもの】
 赤色・緑色・青色LED、単三乾電池2個用電池ボックス、プラスチック板、2kΩ可変抵抗3個、100Ω抵抗3個、単三乾電池2個、紙製カップ2個
【工作のしかた】
(1)工作回路の接続図とプラスチック板の部品配置図を図1と図2(下部は可変抵抗の位置、単位:mm)に示します。
(2)LEDと可変抵抗をプラスチック板に取り付け、図1接続図のとおり、ハンダまたはジャンパーピンなどを用いて接続します(電池ボックスは、プラスチック板の裏面に両面粘着テープ等で貼り付けます)。
【実験のしかた】
(1)電池ボックスのスイッチを入れて、赤色・緑色・青色のLEDが点灯し、可変抵抗を調整すると、発光量が変化することを確認します。
(2)可変抵抗を最大(光量は最少)にして、紙製カップをLEDにかぶせます。
・赤色LED用の可変抵抗の抵抗値を少なくすると、紙カップの底面の丸い赤色部分が明るく、大きくなります。
・緑色LED用可変抵抗を調整すると、紙カップの緑色部分が明るく大きくなり赤色と重なった部分は黄色になります。
・青色LED用可変抵抗を調整すると、紙カップの青色部分が明るく大きくなり、赤色と重なった部分は赤紫色に、緑色と重なった部分は青緑色に、赤・緑・青色が重なった中心部は白色になります(図3色の重なり)。 
気をつけよう 
 LEDを正面から直接見ないでください。 
 もっとくわしく知るために 
LEDの基礎知識:http://www2.panasonic.biz/es/lighting/led/led/index.html
 今回の工作・実験は「蔵前理科教室ふしぎ不思議(くらりか)」にご協力いただきました。
 
 
図3 3色の重なり
   
基本回路の組込みで、LEDを点滅(テンメツ)させよう!
どんな実験なの?
いま、電子回路を使った機械・装置が生活を大変便利にしています。今回は、電子回路として、2個のLEDが交互に点滅する電子回路を作りましょう。

実験のしかたとコツ
【用意するもの】
トランジスタ(2SC1815)、LED、コンデンサー(33μF)、2種類の抵抗(51kΩ、33Ω)、単三乾電池(各2 個)、ブレッドボード(5行11列)、単三乾電池2個用電池ボックス(各1個)、赤・黒リード線、厚紙、両面テープ
 
(1)工作する電子回路の回路図は図①のとおりです。
(2)表①のとおりに、ブレッドボードに電子部品を刺します。なお、ブレッドボードの各列の刺し口は縦につながっています。
(3)全部の部品を刺すと、図②のように、並びます。
(4)図③のようにブレッドボードを電池ボックスの側面に両面テープで固定します。
(5)電池ボックスを厚紙で作ったケースの下面に、両面テープで固定します。
(6)厚紙ケースの穴部分にLEDをはめます(図③)。
(7) 電池ボックスのスイッチをいれると、2個のLEDが交互に点滅します。
 
気をつけよう 
 LEDを正面から直接見ないでください。
 
もっとくわしく知るために 
 この回路はデジタル回路のもっとも基本的なものの一つです。2個のトランジスタが交互に働くことで、LEDが点滅します。回路の動作についてはつぎのウェブサイトをご覧ください。
URL http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/ckt7_2.htm
今回の工作・実験は「蔵前理科教室ふしぎ不思議(くらりか)」にご協力いただきました。
 
 
図①
 
図②
 
図③
 
 
 
 
 
表①
   
3Dを体験しよう!
どんな実験なの?
“3D”って何? 3D映画、3Dテレビ、3D絵本などを見ると、ものが飛び出して見えます。3Dビュアーとステレオ画像を作って、その不思議を体験します。

実験のしかたとコツ
【用意するもの】
・3Dビュアー:それぞれの位置を書いた画用紙(15cm×27cm)、凸レンズ(焦点距離70mm)2枚、A7版カードケース。
・ステレオ画像:デザインシール3対、台紙(105mm×85mm)
(1) 画用紙のレンズ2ヵ所を、コンパスカッターで切り取ります。
(2) カードケース部分をカッターナイフで切り取ります。
(3) 凸レンズとカードケースをそれぞれ両面テープで取付けます。
(4) 画用紙の実線を山折りして箱形にし、両面テープで止めます。  これで、3Dビュアーの完成です。
(5) 台紙の左右に枠を書きます(台紙は方眼紙を使うと便利です)。
(6) 枠の中心部に、同じ模様の1対のデザインシールを貼ります。
(7) 左右の枠内に、デザインシール2対をそれぞれ水平位置3mm~4mmずらして貼ります。対のデザインシールの垂直位置は正確に合せてください。ステレオ画像の完成です。
水平位置のずれで飛び出し感が生じます。左右どちらにずらすと画像が飛び出したり引っ込んだりするかをためしてください。
(8) ステレオ画像を3Dビュアーのカードケースに入れ、レンズに目をあてて3Dビュアーをのぞくと、左目で左画像、右目で右画像が見えます。
(9) 3Dビュアーの横幅を調整すると、画像がハッキリ見え、3対のデザインシールの奥行きが違って立体的に見えます。
 
気をつけよう 
・今回の工作・実験は小学生以上の方を対象としています。
・3D画像の見え方には個人差があります。
・3D画像を見る際は保護者の方の責任、管理のもと、健康状態には十分にご注意ください。
 
もっとくわしく知るために 
 3D〔立体視〕に関する全般的な記述は、次のウェブサイトを参照してください。
・摩訶不思議な世界(3Dアート):http://www2.aimnet.ne.jp/nakahara/3dart/3art.html
今回の工作・実験は「蔵前理科教室ふしぎ不思議(くらりか)」にご協力いただきました。
 
   
手作りコイルでリニアモーターを体験しよう
どんな工作・実験なの?
磁力を利用した交通手段であるリニアモーターカーは知っていますね。では、リニアモーターってなんでしょうか。作ったコイルが、磁石のはたらきで、銅線レールの上を動く不思議を体験しましょう。
工作・実験のしかたとコツ
【用意するもの】エナメル銅線〔0.5mmφ80cm〕、コイル冶具(*)、紙やすり、ビーズ、銅線〔1.2mmφ15cm2本〕、木板〔5×15×120mm2枚〕、厚紙〔150×55mm〕、ビニールテープ、両面テープ、フェライト磁石数個、単三乾電池2個〔電池ケース入り〕 他
(*)コイル冶具:室内配線カバーの座を10cm位で切断
し、厚紙を間に挟んで、背中合せに固定したもの
(1)コイル冶具を使って、矩形のコイルを巻きます。
(2)紙やすりで、コイルの一方の軸線の被覆を全面剥がしま
す。コイルの他方の軸線の被覆は上半分だけ剥がします。
板の上でこするとうまくできます。
軸線を真っ直ぐにして、コイルのバランスがとれるように調整します。
(3)木板〔レール基礎〕の上に銅線を置き、ビニールテープ
で固定します。テープの端を少し伸ばしておきます。
 板を厚紙〔レール台〕に両面テープで固定します。
(4)銅線レールの端に乾電池を接続します。
 磁石1個を、レールの端の下に置き、コイルをその上
のレールに乗せます。コイルを指で少し動かすと回転し
ます。回転しないときは、コイルの被覆部分の剥がし具
合をチェックしてください。
(5)レールの間に同じ極性の磁石を並べて、コイルを置
いてください。コイルが回転しながら、レールの上を移動します。
 また、異なる極性の磁石を6cm位離して置いてください。コイルが磁石の間を往復します。

気をつけよう 
コイルを動かし続けるとコイルを熱くなります。そのときはレールから外しましょう。
 
もっとくわしく知るために
この工作・実験は、フレミングの左手の法則を利用したものです。
リニアモーターについては、http://www.tdk.co.jp/techmag/knowledge/200509/index.htm
今回の工作・実験は「蔵前理科教室ふしぎ不思議(くらりか)」にご協力いただきました。
 
 
 
   
握るとモーターが回る不思議な電池
どんな工作・実験なの?
冷蔵庫などで使用する脱臭剤の原料である活性炭とアルミ箔、食塩水を使って、円筒型の活性炭電池を作ります。その電池に模型用モーターを接続し、電池を握るとモーターが回転し、離すとモーターが止まる不思議な実験をしてみましょう。
 
工作・実験のしかたとコツ
【用意するもの】
活性炭粒子15g、キッチンペーパー11cm×23cm、アルミ箔12cm×25cmと5cm×25cm、飽和食塩水6ml、丸木棒24mmφ、ストロー6mmφ、赤線・黒線(両端に目玉クリップ付き)、モーター(プロペラ、リード線付き)、プラスチックコップ、両面テープ、デジタルテスター
【工作・実験のしかた】
(1)キッチンペーパーを横長に置き、下端から2cm余らせて丸木棒を乗せ、巻き付けます。次にアルミ箔12cm×25cmを横長に置き、下端から2cm余らせて、丸木棒を巻きつけたキッチンペーパーを巻き付けます。丸木棒からはみ出ているキッチンペーパーとアルミ箔の下端部を、2段で折り曲げ、丸木棒を抜きます。これで円筒型の電池容器ができました。
(2)食塩水を(1)で作成した円筒型内側のキッチンペーパーに染み込ませます。次に、活性炭を円筒型外側のアルミ箔の上部から1cm下まで入れます。
(3)アルミ箔5cm×25cmを半分(5cm×12.5cm)に折り、ストローに巻き付け、上下をねじりストローに固定してアルミ棒を作ります。できたアルミ棒を活性炭の中心部に入れます。開いているキッチンペーパーとアルミ箔をねじって閉じます。アルミ棒に赤線を、円筒の下部に黒線を接続します。これで活性炭電池の完成です。
(4)プラスチックコップの底に両面テープを付けて、モーターを固定します。プロペラも取り付けます。
(5)電池の赤線・黒線を、モーターの赤線・青線に接続します。このときモーターは回りません。つぎに、電池の円筒部分を持ち少しずつ握り締めると、モーターが回り出します。握りを弱めると回転が止まります。
(6)モーターを外して、電池の両端にテスターを接続し、電池を握ったり離したりしたときの電池の電圧を測ります。電圧が大きく変化しているのがわかります。
 
気をつけよう
作った電池は分解しないでそのまま燃えないごみとして捨ててください。化学生成物が中にできています。
 
もっとくわしく知るために
活性炭電池は空気アルミニウム電池です。その原理などについては下記を参照してください。
・「夢・わくわく化学展2001実験DVD」 [炭とアルミの電池]
 http://www.chemistry.or.jp/edu/magic-dvd/chemical_01reason.html
今回の工作・実験には、「蔵前理科教室ふしぎ不思議(くらりか)」にご協力いただきました。
 
 
   
ペットボトル顕微鏡
どんな工作・実験なの?
顕微鏡を使うと、どうしてものが大きく、くわしく見えるのでしょうか?
「微生物学の父」レーベンフックが使用したものと同じ原理の小さいガラス球を使った顕微鏡をつくります。その顕微鏡を使って、玉ねぎの細胞を観察して、ミクロの世界のふしぎを体験します。

工作・実験のしかたとコツ
【用意するもの】
直径2mmのガラス球、ペットボトル〔直径1.9mmの穴あきキャップ付〕、玉ねぎ、アクリル片、染色液(例えば酢酸カーミン溶液)、セロハンテープ、わりばし、ピンセット、スポイト、ティッシュペーパーなど
【工作・実験のしかた】
(1)玉ねぎの1片をむき、内側の薄皮をピンセットではぎ取って、アクリル片の真ん中に乗せます。
(2)アクリル片に乗せた玉ねぎの薄皮に、スポイトを使って染色液を1滴垂らし、染色液がしみこむように10分程度置きます。
(3)ペットボトルのキャップの穴に、わりばしを使って、ガラス球を埋め込みます。
(4)玉ねぎを乗せたアクリル片から余分な染色液をティッシュペーパーでふき取り、セロハンテープで玉ねぎの薄皮をカバーします。
(5)(4)のアクリル片をペットボトル(顕微鏡の台)の口部に置きます。
(6)キャップをペットボトル口部にはめこみます。
(7)ペットボトル(顕微鏡)を明るいほうに向けて、ガラス球に目を接近させてのぞきこみます。
キャップを回して、玉ねぎの細胞の像がくっきり見えるように調整します。
(8)玉ねぎの細胞を観察します。細胞膜や小さい細胞核が見えます。
(9)作った顕微鏡で、花の花粉、魚のうろこ、蝶の燐(りん)粉(ぷん)などを観察しましょう。
 その他、身近なものを探してみましょう。
 
気をつけよう
ペットボトル顕微鏡でものを見るときは光が必要ですが、直接太陽を見たり、太陽のほうへ向けたりしないようにしましょう。目をいためます。
 
もっとくわしく知るために
ペットボトル顕微鏡については以下のURLを参考にしてください。
・レーベンフック研究会 URL:http://microscopy.jp/leeuwenhoek/
顕微鏡の原理である凸レンズの働きや光の性質については、小学3年生、中学1年生の理科の教科書を、顕微鏡で観察する生物などについては、小学3年生、5年生、中学1年生の理科の教科書を参考にしてください。
今回の工作・実験には、「蔵前理科教室ふしぎ不思議(くらりか)」のメンバーの方々にご協力いただきました。
 
 
   
電球を覗いてみよう
どんな実験なの?
電球の光について詳しく調べることで、いろいろな電球が出す光の特性(波長)について学びましょう。また、光を出すしくみを学ぶことで、エコについて考えるきっかけを持つことができます。

実験のしかたとコツ
(1)右図のようなサイズの大きさの紙に図のような線を書きます。
(2)中心付近の+部分に1個所、パンチで穴をあけます(端から25mm位)。
(3)図の点線の丸部分の裏側に、10mm×10mm角に切ったホログラムシートをあて、パンチ穴保護用シールを上から貼ります。
(4)A~B、C~Dの部分をカッターなどで切り込みを入れます。
(5)図の実線部分をすべて山折になるように曲げのりしろの部分をあわせて、両面テープなどで貼り、全体が三角すいの形になれば完成です。図の比率を守れば、名刺サイズの紙より大きな紙でも再現できます。
 
※ホログラムシートを通していろいろな光をのぞくと、いろいろな「虹」が観察できます。
 虹シートで電球をのぞくと、虹の見えかたから面白いことを発見できます。
 一般的な白熱灯では、外側が赤、内側が紫と色が連続して並ぶきれいな虹が見えます。一方、蛍光灯の場合は、同じように外側が赤、内側が紫ですが、虹の色がとびとびになります。これは、それぞれの光を出すしくみの違いのためです。
 白熱灯は、電気のエネルギーでフィラメントを加熱して光を出します。蛍光灯は、蛍光管の中に放電させ電子を飛ばします。蛍光管の内側には蛍光物質が塗ってあり、電子が蛍光物質に当たると、蛍光物質は赤・緑・青といった特定の光を出します。
 白熱灯はフィラメントの加熱に電気のエネルギーのほとんどを使ってしまいますが、蛍光灯は、電気のエネルギーのほとんどを光に変えることができます。このことから白熱灯に比べ蛍光灯のほうが、エコといえます。
 白熱灯・蛍光灯どちらの光も、発光する光全体よりも、小さな穴から入る光を見た方が虹をよく観察できます。
 
気をつけよう
強い光を直接観察すると目を傷めます。特に、レーザー光線の光は絶対にのぞかないで下さい。太陽の光も同様です。太陽の光は、木漏れ日などを見ましょう。
 
もっとくわしく知るために
高校物理の教科書
光については下記の本を参考にしてください。
・板倉聖宣・湯沢光男著:「光のスペクトルと原子」仮説社(2008)
電球については下記の本を参考にしてください。
・左巻健男監修、桑嶋幹・川口幸人編著:「光と色の100不思議」東京書籍(2001)
 
 
   
熱と遊ぶ
冷たいと思った部分と、暖かいと思った部分の温度差は? えっー!
どんな実験なの?
熱と温度の違いを確かめましょう。そして、材質により、熱の伝わりかたに違いがあることを確認しましょう。
 
どんな実験なの?
【用意するもの】
非接触温度計、プラスチックと銅からなる構造物、氷の入ったコップ、木の棒、ステンレスの棒、銅の棒、ヒートパイプ
 
材料によって、冷たくなる違いが驚くほど違います。
【実験のしかた】
(1)プラスチックと銅からなる構造物を手で触り(図1)、プラスチック部と銅の部分のどちらが暖かいか、冷たいかを確かめてみましょう。温度差があればどの程度あるのかを考えてみましょう。
(2)(1)の構造物の各部分を非接触温度計を使って温度を計測し、温度差があるかどうかを確認してみましょう。
(3)氷の入ったコップに、木の棒、ステンレスの棒、銅の棒、ヒートパイプを順番に入れ、各棒を握った手が冷たくなる違いを感じてみましょう。(図2)
 
※ヒートパイプとは、密閉されたパイプ内に少量の液体を真空封入したもので、「液体の蒸発・凝縮の繰り返し」で熱を素早く移動させることができるものです。人工衛星など温度環境の厳しいところで使用されます。また、圧力が低いと低温で「水が蒸発」します。
 
気をつけよう
・この実験で使った非接触温度計はレーザーポインターがついています。
人の顔に向けないようにしましょう。
・氷の入ったコップは中身をこぼさないように注意しまょう。

もっとくわしく知るために
ヒートパイプ、蒸発における圧力の影響については下記を参考にしてください。
 
ヒートパイプについて
・日本機械学会編:「機械工学便覧A6新版 基礎編 (1)」p.151[ヒートパイプ](1985)
蒸発における圧力の影響について
・日本機械学会編:「機械工学便覧A6新版 基礎編 (1)」p.45[蒸気および圧縮液](1985)
 
 
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