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電気あそび
１ ねらい
電気の３つの働き、光、熱、動力について乾電池と手回し発電機を使って学習し、電気がエネルギー（電気を起こすには仕事が必要）であることを体感する。また、発光ダイオードを使って消費エネルギーの削減について考える。さらに、光、熱、動力が電気エネルギーを媒介に相互に変化することを調べる。
２ はじめに
電気は、生活のあらゆるところに利用されている便利なエネルギーである。しかし、あまりに身近すぎて、その働きや本質について考えることは意外に少ない。そこで、電気の基本的な働きについて確認すると共に、電気はエネルギーであることを手回し発電機にかかる負荷を感じることで認識する。また、最近急速に生活の中で使われるようになってきた発光ダイオードが省エネルギーであることを体感し、エネルギーを節約することの重要性についても考える。
３ 準備物
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・乾電池(２個(乾電池ホルダー)) (ニクロム線（0.3mm×約10cm）) ・光電池 |
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＊発光ダイオード電球は、秋月電子通商の電球型ＬＥＤ(I-1638(赤)、I-1640(青））が安価(50円)で、手回し発電機に適している(定格10Ｖ程度)。入手できないときは、一般のＬＥＤに500Ω程度の抵抗を接続して使用する。
＊ペルチェ素子も秋月電子通商で４cm角のものが１枚700円ほどで入手できる。
４ 実験
(1) 電気の働き(10分間)
電気の働きについて確認する。
① 電気はどんなところに使われているか。
身の回りの電気製品を列挙する。
② 電気の働きをまとめてみよう。
電気の働きは、光、熱、動力に３分類される。また、テレビやパソコン、電話などは情報機器として分類できる。
(2) 乾電池での確認(10分間)
乾電池に、電気の３つの働きができるか確認する。
| ① 明かりを点けてみよう。 乾電池（２個直列）に豆電球(2.5Ｖ用)を接続して点灯する。 |
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| ② 発泡スチロールを切ってみよう。 乾電池（２個直列）にニクロム線を接続し、発泡スチロール板の端が切れるか確認する。 通電中はニクロム線に触れないように注意する。 後で、好きなものを切り抜く時間を取ることを伝え、短時間の通電にする。 |
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| ③ モーターを回してみよう。 乾電池（２個直列）にモーターを接続し、回ることを確認する。 電池の向きを変えると、逆向きに回ることも確認する。 ④ モーターの仕組みを見てみよう。 分解したモーターを見せ、永久磁石と電磁石が入っていることをクリップを使って示す。 |
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| 分解したモーター | 永久磁石がないっていることの確認 | コイルに電流を流すと磁石になることを確認 |
コイルに乾電池をつないで、電磁石になることを確かめさせる。
(3) 手回し発電機での発電(15分間)
| ① 手回し発電機で明かりを点けてみよう。 手回し発電機に、豆電球(2.5Ｖ用)を接続して点灯させる。 注）ハンドルを速く回しすぎると豆電球が切れることがある。あまり速く回さないように注意する。豆電球がよく切れるようであったら、6.3Ｖ用の豆電球を使用させる。 豆電球を２～３個並列に接続するとハンドルが非常に重くなり、仕事をしていることが実感できる。 ② 手回し発電機でモーターを回す。 手回し発電機にモーターを接続し、回転させてみる。ハンドルの回し方を逆にすると、逆回転することを確認する。 ③ 手回し発電機で発泡スチロールを切ってみよう。 発泡スチロールに好きな絵を描かせ、手回し発電機に接続したニクロム線で切り抜かせる。 |
(4) 発光ダイオードの特徴把握(10分間)
① 発光ダイオードについて
発光ダイオードを知っているか。
どんなところに使われているか。
なぜ使われるようになったか。
② 発光ダイオードを点けてみよう。
手回し発電機に発光ダイオードを接続して点けてみる。
豆電球と比べて、発光ダイオードのハンドルが軽いことから、発光ダイオードが省エネルギーになることを確認する。
用意できれば、２～３個の発光ダイオードを点灯させて、それでもハンドルが軽いことを確認する。
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| 豆電球を点ける（ハンドルが重い） | ＬＥＤを点ける（ハンドルが軽い） |
注）ハンドルの回す向きによって点灯しないので、逆回しも試させ、発光ダイオードには極性があることを確認する。
(5) 光・熱・動力から電気を生み出せることの確認(15分間)
| ① 手回し発電機の中はどうなっているのだろう。 手回し発電機の中にモーターが入っている確認し、電気でモーターを回したのとは逆に、モーターで発電できることを理解させる。 |
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電気から光や熱、動力を取り出せたが、その動力から電気を起こせるなら、光や熱からも電気が起こせないのか。
光電池につないだモーターを回して、光から発電できることを確認する。
モーターや電子メロディーにつないだペルチェ素子の片面にお湯を流し、熱からも発電できることを確認する。
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| 光電池でモーターを回す | ペルチェ素子で電子メロディーを鳴らす |
注）電子メロディーが鳴らない場合は、ペルチェ素子の反対の面にお湯をかけてみる。