高圧をつくる　その１　E-91 No166 09年9月3日(木)

　

0 誘導による
１　＜多数巻き＞のコイルに、3Vの直流電源（単３乾電池2本直列）とネオン球を並列につなぎ、電源を断続すると、ネオン球が点滅します。自己誘導によるものです。 V ∝ n・di/dt

2. 電源の回路の電流を断続するのが要訣です。
　方法としては、
　(1)回路の一部に金属鑢を入れて、導線をこの上を滑らせる、
　(2)スイッチの代わりにマブチモーター（FA-130）を入れる（回る時に回路が断続する、クリップモーターが解りやすい）、
　(3)リードスイッチを入れて、磁石を近づけたり離したりする（磁石ごまを回すとよい）、
などいろいろ工夫して実行してみます。
　電源を交流の3Vにすると、このままでネオン球が点灯します。
3　ネオン球は100V近くの電圧でないと点灯しないので、この操作では3Vが100Vを誘起したことになります。この＜多数巻き＞がどの程度の巻き数かをチェックしておきましょう。
4　以上の操作は自己誘導によるものですが、これからは相互誘導によるものです。
　トランスの高圧側にネオン球をつなぎ、低圧側に直流を断続するか、低電圧の交流(脈流)を流すかするとネオン球が点滅します。
5 更に高圧をチェックするには電気振子を使います。振子が振れるようであれば、1000V程度は出ているのでしょう。
　具体的な例をあげておきます。　下記７の使い捨てカメラのトランスの低圧側に、マブチモーターを直列にした3Vの乾電池をつないでおきます。
　小形のキャパシタ（0.2nF程度）の脚を長くして電気振子の放電電極とします。キャパシターの片方には高圧のダイオード（IN4007）を入れて、トランスの高圧側につなぎました。これで、電源をＯＮにすると、電気振子は盛に振れます。
6　4cm×3cmの銅板を、間隔1cm で、方形の皿(絶縁体で、安定する)の上に平行に立てました。これに小容量のキャパシタをつなぎ、高圧ダイオードをつけました。低圧側の電流を断続させると、この間で電気振子が振れます。
7 使い捨てカメラのIC部分は、乾電池１個を、交流の数百ボルトにコンバートし、これを整流してキャパシターに蓄電しています。
　これに使われているトランスは、低圧側のオーム抵抗が1Ω弱、高圧側のそれが180Ωほどです。電流の断続はトランジスターのスイッチング作用によります。
8　ＣＷ装置は、この蓄電したキャパシターを直列につないで、高圧をつくっています。だから、キャパシターのn個の装置では、出力電圧はおよそn倍ということになります。
手軽には4段の装置を使っていますが、電源電圧が1.5Vだと、出力電圧はおよそ2000Vで、電源電圧を3Vにすると3000V にもなります。
9　以上をまとめると、高電圧を得るには次の素子を必要とします。
　(1) 自己誘導か相互誘導の装置　多数巻きコイル、チョークコイルとかトランスとか、上記のカメラのトランスがよい。
　(2) スイッチング作用の装置　上記の2の（１）（２）（３）、手動で断続させてもよい、発振器はどうか。　　
　(3) ＣＷ装置　実験項目の＜静電気７・８＞、＜使い捨てカメラを電源に２＞

蛇足
1 電気振子が振れるケースでは、装置は小さくても高圧が出ているので、回路に手を触れないようにしましょう。軽い電気ショックを受けます。危険性はありません。
2 自己誘導の場合、コイルの巻き数が多いと、オーム抵抗も大きいので、電流が流れにくくなります。その点、トランスでは低圧側には電流が流し易く、高圧側は電圧が出やすいので効率的です。
3 昔の蛍光灯には重いチョークコイルが使われていました。このコイルは自己誘導の実験には便利です。イグニション・コイルも有効です。
4 CW装置の出力電圧については、＜仲間のページ8＞に、福田利明さんの測定記録があります。
５　写真の説明。缶の右手にあるのがイグニションコイル、左手が古い蛍光灯のチョークコイル、右手前が平行平板キャパシタ、電池は３Ｖ、断続はリードスイッチ（赤いみのむしクリップにつながっている）による、トランスは使い捨てカメラのもの（数字は抵抗値）、電気振子はプラ球に墨汁を塗って水糸で吊ったもの、整流用のダイオードは見えていない（平行平板キャパシタには見えている）、缶に立っている（白いストロー）のは放電叉、缶の向こうには種々の装置が…。