今回はコイルトレインを作成してみました。【※長時間の使用は電池や銅線が熱くなるのでしないこと】
動画
改善版はこちらから→回転するコイルトレイン 【改善点を含めて】 - VCPteam’s blog (hatenablog.com)
その原理は正しい？検証してみた
【解説動画】
・準備物
銅線(太さ0.9㎜、長さ5m)、単4アルカリ電池、単5アルカリ電池、ネオジム磁石(直径13㎜) 4個、棒(直径13㎜)、テープ(ガムテープ推奨)、厚紙
【※磁石は多い方がコイルの溝に引っかかりにくくなると思われるが、多くしすぎると重くなって動きが悪くなるので注意】
《レール作成》
- 棒の端に銅線をテープで固定し、さらに3回ほど強く巻き付けて固定する。
- 隙間ができないように棒を使って丁寧にコイルを巻く。（※銅線が絡まったり間隔が空かないように丁寧に巻くこと。巻き方は様々だが、動画とは別に、棒に銅線を指で押し当てつつ、もう片方の手で棒を回転させると綺麗に仕上がる）
- 間隔が広がらないように丁寧にコイルを取り外し、銅線の間隔を1～2㎜程度まで広げる。（※広げすぎると磁石が隙間に入って電池が進まなくなるので注意。広げなくても大丈夫なので、この操作は不要でもある。必須事項ではない。）
《トレイン作成》
- 単5電池のプラス極にリング状の厚紙(厚すぎると磁石と電池が接触しない場合があるので注意。)をかませ、ネオジム磁石を取り付ける。取り付ける際は、 NS 電池 SN か SN 電池 NS となるように磁石を取り付ける。（※単4電池も同様の操作を行う)
後は銅線内にトレインを入れて走らせる。レール内でトレインが止まると発熱が起きてしまうので、すぐさまトレインを取り出す。進みが悪い場合はコイルが歪んでいて平らな面ではないためか、電池が消耗している可能性がある。また、電池は小型のものの方が軽いので早く動くが、電池が短命なので単4電池の方が長く遊べる。然し重量増加には注意。
全電池は同じで電池寿命が違うのみなので、重さ以外ではトレインの速さに差は無いと考えられる。ただ、重さがある事で銅線に接触しやすくなる可能性はある。
この直径のコイルを作る際は、カーブを作れない直線専用として扱うこととなる。
原理としては動画内でも解説してある。ここで疑問として上がるのが、コイルに電流を流せば、電池は不要との点。試しにコイルの両端にワニグチクリップを噛ませて電池を接続。通電しているコイルの中に、短い鉛筆の両端に小さいネオジム磁石を取り付けたトレインもどきを入れた。すると動かない。
次に、ワニグチクリップを、トレインもどきの近くの銅線に触れさせた。すると動いた。然し直ぐに止まるので、進行方向に合わせて触れさせたワニグチクリップを移動させるとトレインを動かす事が出来た。
この事から、トレインが移動するには、
・通電してコイル内部に磁界が発生し、反発と引き合う力が発生すること (右ネジの法則)
・トレインの動きに合わせて磁界が移動し、トレインを引いたり押す事象が継続されること
が要点と考えられる。
両端に接続して磁界を固定しては進まないことが発見出来た。磁界がトレインに合わせて移動し、移動する磁界がトレインを動かすと言えそうである。
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※都留文科大学理科教育の一環
