2013/07/16

(アブナイ実験)エレクトレットを作ろう

追記:作ったエレクトレットの電荷が消えてしまった人へ。次の計画の記事に大事なことを追記しました。
またテスト中ですがあっけないぐらいに簡単に作れるエレクトレットもでています。

今日は、エレクトレットを作ろうと思います。
エレクトレットとは、何もしなくとも常に帯電している物体で、
誘電体を溶かし、高電圧を加えながら冷まして作ります。

誘電体なら何でもいいわけではないみたいですが、
簡単に手に入るものは、アクリル樹脂があるのです。

やってみましょう。

[[DANGEROUS]]
高電圧注意!!300ボルトを使います。困ったことがあっても責任は負えません。
カメラのフラッシュ回路で実験したとか、真空管で実験したとか、
高電圧を扱える人と一緒にしましょう。
コンデンサは自分も何度かショートさせました。大きな音がしました。
一回目はダイオードの順方向にコンデンサの電流が流れました。これでは耐圧がどんなにあっても壊れます。
3回めは電磁波で充電器が充電済みの充電池をまた充電し始めました。電池が熱い。精密機器は測定器以外オフ。

[[企業の研修では]]
逆に、数万ボルトを加えたほうが、エレクトレットの現象がはっきりできていいのではないでしょうか。
ただしハンダゴテなどをアースして、手に近い方の電極をアースして、感電しないようにするべきです。

材料の寸法

アクリル板の1ミリ厚、塩化ビニール板の0.8ミリ厚、金属の板を用意します。私はトタン板を使いました。
図のように切ります。
塩化ビニールの板にアクリルがハマるようになります。

組立図

このように塩化ビニールの板にアクリルをはめ、金属でアクリルがかくれるようにはさみ、
片方の金属に電気関係で使う黄色い耐熱テープを貼り固定します。

高圧発生回路<<クリックで拡大

単三電池4本から、300ボルトの高圧を作ります。
インダクタの逆起電力を使えば、危ない電圧をモノの数分で出せます。
今回はHT241という100V→24V 1Aのトランスを使いました。本当は300V耐圧のがいいのだけれど。
このために必ず高耐圧のダイオード、コンデンサーが必要です。
1N4007は1000Vの逆耐圧があります。コンデンサーも400Vの耐圧があるものを買いました。
もちろん電圧計も600Vに耐えるDMMです。
このように配線して、スイッチというか、電池ボックスのマイナス端子にクリップ導線をタップし続けると、
ちょうど300Vになった所でバチバチ火花が出ます。
なお、地中アースにつなぐのは逆に危険です。

いよいよ帯電


回路を組んだら、高圧を貯める前に、アクリル板に高圧をかけるセットアップをしましょう。
ミノムシクリップでうまく挟めるように、金属板の端っこを曲げます。
うまく上の金属が平らにアクリル板を全部隠すよう接触するようにします。

心の中で点呼して配線ミスがなければ、高圧をかけます。その間にハンダゴテも温めます。
300Vになるまで、電池ボックスのマイナスにミノムシクリップを早くタップします。
300Vになったら火花が出てそれ以上コンデンサーに充電されません。

ハンダゴテで金属板を押さえます。アクリルが溶けるので、金属板が動かなくなります。
4分ぐらいハンダゴテで押さえながら、
コンデンサーの電気が抜けるので270Vに下がったら電池ボックスのマイナスにミノムシクリップを早くタップします。

ハンダゴテを離します。ここからが肝心で高電圧をかけながら冷まさないといけません。
コンデンサーの電気が抜けるので270Vに下がったら電池ボックスのマイナスにミノムシクリップを早くタップします。
危ないのは、指で金属を触って冷えたのか確認することです。手袋をしたほうがいいです。必ず上の金属だけ触るようにします。そうしないと感電します。

十分に冷えたら、コンデンサーの電気を抜きます。
一気にショートさせるより、10kΩだけれど3Wの大きな抵抗を使ったほうがいいでしょう。

完成したのがこれです。
これがエレクトレットのユニット


エレクトレットは素手で触ると・・・感電する恐れがあります。
別名が、「電石」そのまんまです。アクリル板をとり出さないままにしてください。

エレクトレットができたか確認しましょう。
テープでくっついている金属板と、アクリル板が冷めて剥がれた金属板を、
オシロスコープにつなげます。
商用電源ノイズがうざい。TIME/DIVをゆっくりにすると、このノイズが一定の長さの縦の線になります。
剥がれた金属板を、アクリル板に当てて、スリスリ動かすと、
縦の線が少し上下したら、これがエレクトレットの発電する現象です。
エレクトレットに接する電極を動かすと、発電します。
電極で叩いても電圧が出ます。アクリル板です。圧電素子ではありません。
エレクトレットコンデンサマイクなどで使われるよくある現象です。
小さな振動で発電するので、エコエネルギーとして使う研究もあります。


???
勝手に充電?

作ったエレクトレットの電極を2つとも固定し、小容量のコンデンサをつなぎ、
電気をほとんど通さないデジタルマルチメーターで電圧を測ると、
端子間容量にだんだん電圧が溜まって・・・250mVから300mVぐらいまで 電圧が貯まるようです。
もうひとつ作ってみると、0.4Vまで電圧がたまって、レンジが切り替わると全部放電されてしまいまた繰り返します。
ちょっと考えられません。何もせずにエネルギーが貯まるのは 科学者から妄想だと言われそうです。
そういう意味でもこいつは危ないです。
エレクトレットフィルムで0.1μFぐらいのコンデンサを作り、
電流を断続させ分極、消費を繰り返すと、動電気が取れるんじゃないのか??
という妄想もしました。

また、コンデンサなしでも、一方の電極をずらして固定すると、
絶縁体にしてはかなりの勢いでデジタルマルチメーターに電圧がたまります。

今回は、実はエレクトレットを挟む金属板両方に触っても、感電しませんでした。
今回は温めるのが足りなかったかなというのと、さっきの300mVはエレクトレットの帯びている電圧なのかなと思います。どうも、静電気を帯びたものの表面電位は専用のメーターでないと測定できないらしいです。
普通に測っても大気イオンと打ち消し合ってそんなに電圧が出ない?
また動画を見たところ、よく磨いたところだけ静電気メーターが反応したようです。

[他の方法]なお強烈な高電圧電源を持っているような人はプラスチックの絶縁が破れるような高電圧をコロナ放電でかけて
てばやくエレクトレットが出来るそうです。
また、海外では同軸ケーブルの外側の被服を剥いてオーブンで熱くしたあと高電圧を注入する方法もあります。
外側に一方の電極しか出ていないので大気イオンで弱くならずグー。
このケーブルはパン、パンと繰り返し放電しゲルマラジオのアンテナにするとすごく受信出力が上がるという動画もありましたが消えてしまいました。
また、噂によるとエレクトレットは電圧が出ている方向の直角方向に磁界を流すとパワーアップするのだそうです。



エレクトレット自作リベンジ
よりあつく。よりビリビリ。もう一回実験をやっています。
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