電磁誘導で発光ダイオードをつけるには

質問

コイルのなかで磁石を出し入れして発光ダイオードをつけたくて、いろいろやっています。巻き数を200、300、400と巻き数を増やしたり、アルニコ磁石をネオジウム磁石に変えたりしたのですが、安定してしっかり光るということがありません。光っても２,３回ひかって後まったく反応なしになります。そこで、電磁石（鉄ボルトに200回コイルを巻き付け電池１つに接続）を中に入れて、スイッチをON,OFFすると、OFFのときにしっかり光るではありませんか。できる誘導電流を測ると、ネオジウム磁石のほうが電流が大きいくらいなのになぜ？いくら考えてもわかりません。誰か教えてくださ～い。

回答No.5

chirubou · ベストアンサー

No.2 です。実験の詳細が分からないのであくまで推測ですが。

多分、磁石がコイルに比べて小さいのではないでしょうか。ここで「小さい」というのは２つの意味があって、コイルの内径より小さい、というのと、コイルの巻きのベクトル、うーん、なんと言えばいいかな、コイルが筒に巻いてあるのなら、筒の長さ方向に対して小さい（短い）、という２つです。

前者だと、空気の透磁率が小さいのでコイルまで十分な磁界が届かなかったのではないか。後者だと、コイル内を動く磁石の前と後ろで逆の電圧が発生するので、相殺されてしまったのではないか、という２つの仮説です。あくまで、コイル全体で、その内部の磁界の変化、あるいはコイルが磁力線を切るような形にしないといけないと思います。

「勢いの問題の方が大きかった」

確かに No.3 さんのおっしゃるように発生する電圧は磁界の変化の時間微分に比例しますからね。ただあまりやりすぎると LED を壊してしまう可能性もあるかと思います。最終的な目的が不明なのですが、単なる実験でないのなら、保護ダイオードや抵抗等を入れておいた方がいいと思います。

お礼

２つの意味で磁石がコイルに比べて小さいのでは…というお話、とても興味深く思いました。「コイル内を動く磁石の前と後ろで逆の電圧が発生するので、相殺」ということも起こっていそうです。
私の目的は単なる実験です。電子工作などに利用するときは保護ダイオードや抵抗等を入れます。アドバイスありがとうございました。

回答No.4

outerlimit

磁石を動かして発生する電力が不足しているためでしょう

巻き数を増やす、磁石の移動速度を速くすることは、発生電圧を高くすることです、それだけでは電流は増えません

LEDを光らすには　電圧と電流が必要です　赤色LEDで　2V10mA程度

＞電磁石をつくっての相互誘導では点滅するので・・・・

これは1次側を交流で駆動ですね（そうでないと点滅にはならないはず）
この場合は、1次側の供給可能電力と変圧比で2次側の電圧と供給可能電流が決まります
この電力が磁石の出し入れで発生する電力とは桁が違うのでしょう

磁石の出し入れで発生する電圧・負荷に流れる電流は簡単には測れません
定常状態である相互誘導での電圧・電流と、過渡状態である磁石の出し入れによる電圧・電流とは同一次元で論じることはできません
この点に勘違いはありませんか

お礼

電磁石は電池１つに接続して手動でON・OFFをして、それで点滅させていました。単に急激に変化する磁界に対する起電力がかなり大きかったということなのでしょうか。磁石を手で動かすのではそれに及ばないノかなと思いました。検流計ではかってもその辺がはっきり出ていないようです。ありがとうございました。

回答No.3

imoriimori

次のようなことではないのでしょうか。

誘導起電力はコイルを鎖交する磁束Φの時間変化率ｄΦ／ｄｔに比例。
電磁石のＯｎＯｆｆは、特にＯｆｆのときはそうですが、ほぼ瞬時にΦが変化するのでｄΦ／ｄｔが巨大。ネオジ磁石の出し入れは手動であればどんなにがんばってもｄΦ／ｄｔは小さい。
ＬＥＤには順バイアス電圧がある程度かからないと電流は流れない即ち光らない。ＧａＡｓとかＧａＰとかのカットイン電圧っていくらくらいでしたか忘れましたが数Ｖくらいだったですよね。
だとすると、電磁石のＯｎＯｆｆはカットイン電圧を超える誘導起電力なので一瞬光る。ネオジ出し入れでは誘導起電力がカットイン電圧に至らないので一切光らない。

「電流はネオジ磁石の出し入れの場合が大きいのに」ということについて。ＬＥＤのかわりに電流計をつないだ、ということなら上記の可能性があると思うのですが、ＬＥＤをつないだ状態でＬＥＤを流れる電流を測った、ということでしたら、
そうだとすると、ネオジ磁石の出し入れではＬＥＤは微妙に光っているけど暗くてわからない。電磁石ＯｎＯｆｆのときは一瞬だけに過ぎないけどびかっと光って目につく。
ということかも。

お礼

「電磁石のＯｎＯｆｆはカットイン電圧を超える誘導起電力なので一瞬光る。ネオジ出し入れでは誘導起電力がカットイン電圧に至らないので一切光らない。」ということで納得しました。ちなみに、ＬＥＤのかわりに検流計をつなぎました。針の振れは正確には起電力にあっていないのでしょうね。
　よくわかりました。ありがとうございました。

回答No.2

chirubou

いくつか気になることがあります。

「安定してしっかり光る」というのは継続的に光ることを期待されていますか？だとしたら磁石がコイルを通り抜ける瞬間に点くだけです。

「光っても２,３回ひかって後まったく反応なしになります」この時、電圧が高くなりすぎて発光ダイオードを壊していませんか？この後、同じ発光ダイオードで、電磁石の実験をされたのでしょうか？

磁石とコイルの大きさの関係は？コイルの内径より僅かに磁石が小さいのが理想です。

例えば、電磁石の鉄ボルトだけをコイルの中に入れて、そのボルトに磁石をくっ付けたり話したりしたらどうなりますか？

お礼

電磁石の鉄ボルトだけをコイルの中に入れて、そのボルトに磁石をくっ付けたりすることを試しました。磁石がボルトに吸い付けられた瞬間に光らせることができました。そのようすからみると、勢いの問題の方が大きかったように感じました。問題解決に近づいたと思います。ヒントをくださってありがとうございました。

補足

一つ目ですが、もちろん点滅させることを目標にしています。電磁石でできる点滅が普通の磁石で実現できないことに疑問を持っています。

２つ目です。同じダイオードで行っています。繰り返しどちらもやってみて電磁石でしかできなかったのです。

３つ目です。電磁石はおっしゃるとおり、コイルの内径ぎちぎちの太さで差し込んでON,OFFを繰り返して使用していました。それが効果的なことだったとは知りませんでした。自宅に道具がないので、「電磁石の鉄ボルトだけをコイルの中に入れて、そのボルトに磁石をくっ付けたりする」ことがすぐ試せないのですが、早急にやってみてご報告します。ありがとうございました。

回答No.1

tanukineko7

電流まで測られているので、まさかとは思いますが、整流回路はありますよね？
光源は、ランプでなく発光《ダイオード》ですから・・

補足

整流回路はつけていません。つけなくても磁石を近づけたり遠ざけたりするときに点滅するはずだと思っているのですが、つきません。また、電磁石をつくっての相互誘導では点滅するので、この差が理解できないのです。いかがでしょうか。