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エジソンの電球実験を再現してみよう。自由研究にうってつけ!

2018.7.12

子供の自由研究のテーマに頭を悩ませる季節。エジソンが実験していた当時の電球を再現してみる実験はどうでしょうか。

ほとんどは家庭にある材料でも可能な実験です。安全のために大人も一緒に行ってください。

電球の仕組みを理解するのに役立つ、簡単でためになる実験です。

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エジソンの発明で有名な電球を自由研究のテーマにしよう

エジソンが成功した電球では、竹でフィラメントを作っていました。

竹の代わりにシャープの芯を利用した、電球の自由研究キットが販売されています。

シャープの芯は多くの炭素を含んでいます。

この芯に電流を流すと、芯の電気抵抗で芯が発熱し、発光し始めます。

さらにすると白い煙が出て、芯がオレンジ色に光るのが見られるはずです。

どうして光る?

電気の抵抗が大きいと熱が発生、さらに高温になると発光を始めるのです。

金属と比べシャープペンシルの芯は電気が流れにくい「抵抗が大きい物質」。

これに電流を通すと熱が生まれ、さらに高温になると光を発します。

一般的に使われている電球も同じ仕組みで、抵抗の大きいフィラメントを使うことで熱を発生させ、発光するのです。

電球の中は、フィラメントが燃え尽きてしまわないように窒素やアルゴンガスが充填されているため、エジソンが発明した当時の電球より、ずっと長時間光り続けることができます。

エジソンの電球を再現?簡単に手に入る道具で自由研究

【準備するもの】

  • ガラスのコップ
  • 乾電池(単1×6個)
  • 使い古しの乾電池(単1、もしくは単2)
  • ゼムクリップ×2個
  • ビニールコード 50センチ程度×2本
  • ビニールテープ
  • シャープペンシルの芯(2B)

その他…新聞紙、はさみ

【手順】

  1. ゼムクリップの針金が一重の部分に導線をつけねじる(二つとも)
  2. 使い古しの乾電池の「+極」にビニールテープを巻く
  3. +極の両脇に頭がはみ出るようにゼムクリップを止めて、乾電池を立てて置く
  4. シャープペンシルの芯をゼムクリップの導線をつけた反対に挟み込むように固定する
  5. 芯を折らないように注意して、ガラスコップで覆う
  6. 単1電池6個を直列に繋ぎ、新聞紙で撒いて一本にまとめる

これで完成です。

電流を流すとシャープペンシルの芯が少しずつ赤くなり、やがてオレンジ色の光を放って光り始め、芯が焼き切れる瞬間に強い光を放ち終了します。

自由研究でエジソン電球の実験をするときの注意点

上記のエジソンの電球の実験をする場合は、次の点に充分注意して行ってください。

  • 接触する部分が非常に高温になるため、充分注意しましょう
  • 6本の乾電池は、新しい物とと古い物を混ぜず、同じ時期に製造・購入されたものを使用してください

エジソンは理想の素材を見つけるために、数百種類以上のものを使って実験を繰り返したと言われています。

エジソンの苦労を想像しながら実験を体験してみてください。

シャープペンシルの芯には、炭素が多く含まれ、電気抵抗によって炭が燃えるようにじわじわと発光し始めます。

炭素を含むものなら発熱・発行する可能性が高いので、安全を確認しつつ実験を繰り返して見てもいいでしょう。

ちなみにエジソンが多くの材料で試した結果、当時は日本産の竹によって実験を成功させました。

エジソンは自分が発明した電球を全米に広める計画を立てた

エジソンは、発明した白熱電球を「全米の家庭に普及させる」という壮大な計画を実行に移します。

全米のあちこちに発電所や送電所を作り、家々を電線で結ぼうと言うのです。

そのための送電にかかわる技術を60件以上特許申請しました。1880年のことです。

エジソンより前に、何人もの人が発電機を実用化させていましたが、それらは「電圧」を一定に保つ「定電圧発電機」。

電球が登場する前のアークに使われていました。

しかし、エジソンが考案したのは「定電流発電機」。電球を長持ちさせるためには、こちらのほうが向いていたのです。

エジソンの開発したこの発電機は「直流式」。他の発電機は「交流式」でした。

エジソンは、直流式にこだわっていたといいます。

しかし、直流式は、発電所から遠いと電気が損失して電力が弱まるという欠点もありました。

エジソンは電球を「発明していない」?本当の発明者は誰?

ここまで「電球はエジソンが発明した」と話を進めてきましたが、実は電球を発明して特許を取得したのは、エジソンではなく、イギリス人のジョセフ・スワンでした。

エジソンは、それをより改良し実用化していった功労者というわけです。

そして、じつは普及させたのもエジソンではなく、その弟子のニコラ・テスラ。

電流には、乾電池のようにプラスとマイナスの極が固定された「直流」と、周期的に交互に入れ替わる「交流」があります。

今、家庭で使われるコンセントは後者の「交流」。

実は、これだけ電気が使いやすくなったのはニコラ・テスラの発明だったのです。

直流は、送電中に電気が失われる送電ロスが大きく、街のあちらこちらに発電所が必要になってしまいます。

交流では、この送電ロスがすくなく、電圧を変更しやすいという利点もあります。

しかし、当時のエジソンは直流にこだわって交流を推すテスラを否定しました。

すでに開発された機械と相いれないという事情もありましたが、実のところ意見されることが気に入らなかったということもあったようです。

 - 雑学