静電誘導発電機(ダイロッド静電発電機)

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静電誘導発電機(ダイロッド静電発電機)を制作しました。
静電誘導発電機とは
発電の原理
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発電の原理

円盤には、灰色で示したアルミ棒が貼り付けてあり、左回りに回転します。
中心にある青の線はブラシで、これは、回転せず固定され、図の位置に来たアルミ棒に接触します。
黄色と赤色は、アルミの板で、青い線で示した電線で接続されています。

  1. 黄色の板とアルミ棒の部分について。左右に位置する帯電した板により、電荷を持たなかった灰色のアルミ棒の左右に電気が誘導されます。
  2. 円盤が回転し、ブラシと離れることにより、アルミ棒は電気を帯びたままになります。
  3. 赤色の板に、帯電したアルミ棒が接触すると、電気が板に移ります。これには、電荷は表面に現れるという性質を利用します。
  4. 1~4の動作により、黄色の板には、最初よりも多くの電気が溜まります。それにより、灰色のアルミ棒に誘導される電気も増加します。この繰り返しにより、加速的に発電量が増えていきます。
構造

今回の誘導発電機の構造は、アクリルの円盤に24本のアルミ棒が固定され、単3乾電池2本を繋いだモーターにより回転します。
ブラシには導電性のゴム、電極の板は1㎜のアルミ板を利用しています。
ベースにアクリルを用いているのは、絶縁のためですが、見た目が良いというのもあります。

動かしてみる

平面コンデンサと、玉ギャップ測定器をつないで動かしてみました。
平面コンデンサは、発電機が発電した電気を蓄え、一定の電圧に達したときに、放出します。
玉ギャップ測定器は、玉と玉の隙間で放電します。一定時間内で何回放電したかを数えれば、発電量の比較ができます。

様々な実験
イオンクラフトを繋ぐと

コンデンサを繋ぎ、イオンクラフトを接続すると、イオンクラフトは、振動を始めます。これは、発電機の振動が伝わっている可能性もありますが、電気的な現象によるものかもしれません。この程度の電圧では、浮かび上がるだけの力にならないようです。

水の実験
水の実験

水の様子

アルミの皿に水を入れ、一方の電極を繋ぎます。
そして、もう一方の電極を繋いだ玉ギャップを近づけると、水が山のように盛り上がり、火花が飛んで、山が消えます。しばらくすると、再び、山ができ、火花が散ります。
水が引き寄せられる様子は、なかなか興味深いものです。蛇口から、流れる水に、電極を近づけるのも面白いです。

両端子を接続すると、若干、動きますが、振動の影響かもしれないと感じられる程度です。しかし、片側だけにすると、15度から30度くらい傾きます。これは、イオン風というより、クーロン力の影響かもしれません。
同様に、10mmでも、傾きます。こちらは、30度より、大きく傾きます。不思議なことに、片側の端子を外し、端子に近づけると傾きます。接触すると、傾きが収まります。
電線とアルミ箔の距離が15mmでも、同様に現象が発生します。

次に、片側を同じ極にしたタイプで実験してみました。普通のイオンクラフト式モーターでは、電線とアルミ箔は一対で異なる極性にし、二つの羽の電線の同士、アルミ箔同士を接続していますが、これは、電線とアルミ箔を接続しています。
電線とアルミ箔の距離が12mmのもので、実験したところ、揺れる現象が発生しました。また、片側の端子だけを接続した場合、上記と同様の現象が発生しました。

この現象の説明のため、A、Bは、モーターの2つの端子。A’、B’は発電機の2つの端子とします。AとA’は接続されています。BとB’が離れている状態では、モーターの傾きはありません。BにB’を近づけると傾きだし、接触すると、傾きは収まります。

ひとつの仮説は、片側の端子のみを繋いだ場合、フレーム部分も同じ極性に帯電し、斥力が生まれ、別の端子も繋ぐと、フレームは電気的に中性になり、フレームとの間に発生した斥力が失われるというものです。しかし、これでは、BとB’が近づいたときに力が生まれるという部分が説明できません。
不思議な現象です。
この実験では、モーターと発電機を繋ぐ電線を人が持っています。そのため、人が電気の通り道になり、この現象を引き起こしている可能性もあります。

放電

静電誘導発電機で、もっとも単純で興味深いのは、放電の様子を見ることです。

文献他
ホームページ
Dirod Electrostatic Generators
文献

「静電気の話」(A.D.ムーア)
Electrostatics: Exploring, … 静電気の話の原著
Homemade Lightning: Creative Experiments… ウィムスハースト発電機の作り方
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