稜の日記

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2006年11月(高校二年)

太陽高度測定器 2006/11/05
「人手いらず太陽高度測定器」という名を聞いてピンとくる人はいるでしょうか?
この測定器は、僕が作った測定器の名前です。
小6の時に作品をつくり、「太陽電池工作コンクール」で経済産業大臣賞を頂くことが出来ました。

つい半年ほど前まで科学技術館の4EのNEDO(新エネルギー産業技術総合開発機構)の展示室に展示されていたのですが(↑つまり丸3年間も展示されてたのです!)、その後は倉庫にしまわれていました。

科学技術館の方のご親切で、廃棄するはずの作品をとっておいてもらうことができ、昨日僕自身の手で分解をしました。
ちなみにこの写真は(埃の被りかたから見ても分かる通り(笑))全て最近撮影したものです。


まずは、この作品の概要を以下に書きます。

小5の時に、同級生がこのコンクールで入賞したのをきっかけに翌年僕もこれに出展してみたのです。
(ちなみにその同級生は、物理チャレンジで偶然にも同じ銅賞を受賞しました。苦笑)

合計3回の選考を通して作品の評価がされていきます。
1次選考は、太陽電池を使用した作品の計画書を評価されます。
いざ作品を考えてみようとしてもなかなか妙案が浮かぶものでもありませんでした。
そんな時、当時科学技術館サイエンス友の会のレオナルド・ダ・ヴィンチ教室の顧問をなさっていたS先生が助言をしてくれました。
「太陽を自動的に追いかける装置を作って、それで太陽の動き方を観測してみたらどうだ?」

僕は「それはおもしろそうだ!」と思いながら具体的な仕組みを考えてみました。
その頃は頭がとても冴えていたのか(笑)、そう時間も経たずにセンサーの仕組みを思いついてしまいました。


左の二枚の写真がこの作品の写真です。

この写真の中心にある四枚の太陽電池(それぞれ違う方向を向いている)が、この作品の中心となるセンサーです。
太陽電池は、垂直に光が当たれば当たるほど発電力が上がり、斜めから光が当たるにつれて発電力が落ちてゆく性質があります。
この四枚の太陽電池も斜めに配置したのもその性質を利用するためでした。

今、太陽電池全体が太陽の方向に向いてつりあいがとれているとします。
しかし太陽は止まらずに動きつづけています。
徐々に太陽が正面の方向からずれていくと、四枚の太陽電池が作っていたつりあいが崩れてしまいます。
その、発電力のつりあいの崩れを、手作り電子回路で増幅して、モーターを回し、再び太陽電池を太陽にまっすぐな方向に向けます。

このような仕組みのアイデアを考え出したことが、この作品の評価にもつながったのではないかと思っています。


左の写真は太陽高度測定器のセンサーの信号を増幅してモーターを駆動する回路です。
上下回転のモーターの駆動と、左右回転のモーターの駆動のために写真の回路を二つ用意しました。
オームの法則さえ正しく理解して使えていなかった小学6年生の時に、よくこの回路を作りきったなぁと今でも驚くばかりです。

時には定格以上の電流を流してしまい、触れないくらいに発熱させトランジスター(電子部品の一つ)を壊してしまったこともありました。
試行錯誤しながら作っていった回路だけあって、先日久々に試運転したときでさえも全く問題なくモーターを駆動してくれました。



左の写真は太陽電池を上下に回転させるモーター周辺の様子です。
模型用モーターで重たい物体を回転させようとしたのでとても大掛かりなものになってしまいました。

金属加工は、母の知り合いで、東大阪の工場の金工技術者のDさんに加工していただきました。
Dさんのメカおかげで無理な設計もなんとかクリアして、太陽電池を上下に動かすことが出来るようになりました。
(Dさん、本当にありがとうございました。)
このメカも完成時と全く変わりなく動いていて、とても嬉しかったです。



左図が二つのモーターを駆動するための回路などです。
この写真は最後の実験中に撮影したので、電圧、電流計やテスターなどが(乱雑に...)置いてあります。
写真下の白い小箱の中には可変抵抗器が入っています。
つまみを回すことで太陽高度測定器が向く方向を微調整することが出来るようになっています。
この抵抗器が劣化していたのか、つまみがスムーズに回せなかったです。


また、図を見て分かるとおり、大きな板から円盤を切り抜いて、カンナやヤスリで削る作業がとても大変でした。
この円盤の下にはテレビ用(?)のベアリング入りターンテーブル(これが高かった!!)が隠されていて、スムーズに回転できるようになっています。
ターンテーブルとしてまだ使いみちがありそうだ、ということで科学技術館に円盤とセットで寄付してきました。
というか実は不敵な笑みを浮かべながら(←うそです。:笑)「これ、くれない?」とスタッフの方に言われたのでした。(^^)



最後のこの写真は、電源用の太陽電池の発電電圧を示しています。

一枚あたり0.5V強の発電をする太陽電池が10枚直列に接続されています。
つまり、理論上5.0V発電するのです。
多分何年も放置されていたので太陽電池は劣化して使い物にならないだろう。と思っていたのですが日光が差し込んできたとたん発電電圧を測定していた電圧計が5Vをさしました。
あまりに嬉しくなって一枚写真を撮ってしまった(笑)ので、ついでだからとここに載せておきます。




分解には予想以上の時間がかかってしまいました。
設計の段階で分解することを全く考えていなかったので、太陽電池は板にべったりと両面テープでくっついてしまっていて全てをはがすのに何時間もかかってしまいました。
これから何かを工作するときには分解することも考慮に入れなくてはならないですね。
(分解後、木材とターンテーブルは科学技術館に寄付しましたが、それ以外は記念に持ち帰ってきました。重かった...)


CPUファン 2006/11/19
今日は塾のテスト(数学)がありました。
お昼過ぎにはテストが終わり、家に帰り遅いお昼を食べた後、日曜大工店に行きました。

僕の部屋は北向きで、とても寒い部屋です。
毎年冬は寒さに悩まされています。
もう、今年は温かく冬を過ごしたいということで断熱材を購入することにしました。
熱伝導率の高いアルミサッシに、ガラス窓、この二つが室内に冷気を流し込む原因です!
(↑北向きの家だから窓を壁にしちゃってもいいかとも思ったのですが...苦笑)

日曜大工店で見つけたのは水で貼れる窓用の断熱材。。
しかし、僕の部屋の窓は平らではなく凸凹なガラスで、密着して接着が必要な水張りタイプでは、張り付きません。
発泡スチロールの大きな板を購入して窓の内側にはめ込むことも考えました。
しかし、発泡スチロールはポリスチレン(PS)の固まりです。
もし火がつくと、黒い煙(煤?)を出しながら勢いよく燃えてしまいます。(毒ガスではないですが...)
というわけで、もしものことを考えると燃えにくい物質がいいな、ということで今日は断熱材の購入を諦めました。

家の近くのホームセンターでエアーキャップ(梱包する時に良く使うプチプチのやつ)を2メートル程購入してみようと思いました。
材質はポリプロピレン(PP)なので、熱が与えられても融けはしても、あまり燃えないのです。
また購入して張り付けたらその様子を書きたいと思っています。




今日はもう一つ、今使っているパソコンの整備(修理?)もしました。
いままで、CPUファンが動かなかったようで、PCを立ち上げるたびにBIOSが警告をだしていました。
まぁ、冬場だし何とかなるだろうと無視をし続けて使ってきたのですが、今日久々に箱を開けてみました。

原因はファンとマザーボードを繋ぐ端子の接触不良のようで、コネクタを差しなおしたら何事も無かったかのように、通常どおりに復元されました。
僕のパソコンはいまも平常通り動いています。(笑)


といっても、取り出したファンをまわしてみたくなるのが技術者魂です(笑)
ということで部屋からトランス(変圧器)とブリッジダイオード、テスターなどを取り出してきてまでしてファンを回してみました。
定格どおりの12Vを流したらビュンビュンと風が吹いてくれてすこし楽しかったです。

今日なのか、以前なのか分かりませんが、テスターのヒューズが飛んでしまっていたようでした。
ファンを回しながら電流を測定してみようと思ったら、どうも数値が0を指したままびくとも動きませんでした。
蓋を開けるとやはりヒューズが飛んでしまっていて、新しいものと取り替えなおし。。。
ヒューズが飛ぶような測定レンジを選んで測定してしまっていた自分が情けないですね。
次回以降はヒューズが飛ばないように慎重に測定をしようと思いました。




また明日からは勉強+物理チャレンジの添削問題をがんばってこなしていきたいと思います。