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探究活動3 モーターのしくみに関する探究

 

ねらい いろいろなモーターを実際に製作して,その動きを調べることにより,身近によく用いられているモーターの原理を理解させ,物理現象に興味・関心・意欲をもたせ,フレミングの左手の法則をより深く理解させる。

@ 直流モーター 

準備・方法 界磁には永久磁石を用いる。

 いろいろな部品を手作りするのは,なかなか困難である。モーターのキットはそれほど高くないので,一人1個,あるいはグループに1個,モーターのキットを購入させるのもよい。

 筆者は,()イーケイジャパンの「電磁石の実験,モーター」(750)を利用した。模型店や電気部品の販売店などで販売している。

 このキットを使用すると,直流モーターの場合,交流直流両用モーターの場合,発展の直流発電機の場合の3通りの実験が可能である。このキットの場合は,回転子と界磁にコイルを巻くのに20分前後かかる。製作方法の説明図が付いており,はんだ付けは不要である。乾電池(単1)は別売である。授業の時間が足りない場合は,前もって自宅でモーターの製作をさせるか,実験を自宅でさせてもよいと思われる。

 なお,電池の向きを逆にすると電流の向きが逆になるので,逆回りに回転する。また,電圧を大きくして電流を増やすと力が大きくなり,速く回転する。

考察   回転子が180°回転すると,整流子のはたらきにより,コイルを流れる電流の向きが逆転し,コイルは同じ回転の向きに力を受けることになり,同じ向きに回転を続ける。

発展 この直流モーターは,直流発電機のはたらきもするので,実験で確かめることができる。教具の手回し式発電機も同じ原理である。回転の速さが遅いときは,誘導電圧や誘導電流は小さい。

A 交流直流両用モーター

準備・方法  界磁には鉄心にコイルを巻いたものを用いる。

前述のキットには,界磁用に永久磁石とコイルがあり,この実験では,界磁にコイルを用いる。

考察  直流の電圧をかけた場合は,界磁が永久磁石から直流の電磁石に変わっただけで,界磁に永久磁石を使った単なる直流モーターと全く同じになり,回転する。

 交流の電圧をかけた場合,ある瞬間を考えると,直流モーターと同じである。次の瞬間,電源の電圧の正負が逆になると,界磁のつくる磁界の向きが逆になるが,回転子を流れる電流も逆転するので,直前と同じ向きに力を受けることになる。したがって,交流でも直流の場合と同じように回転を続けることになる。

 

 








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