自由研究（AC10Vって？）

質問

子供の自由研究で、一緒に簡単な発電器を作ることになりました。
そこで、自転車のタイヤに接触させて電気をつけるライトがありますよね、それを後輪に移してどれくらいの電気が起こるかテスターをあてて調べてみたところ、AC10V程でした。
質問なんですが、AC10Vといってもいまいちどれくらいの電気かわかりません、素人でもわかりやすく教えて頂けないでしょうか？それにテレビを１０分見る為には、蓄電器があると仮定して、何時間ほど自転車を漕ぎ続ければいいのでしょうか？出来れば計算式があれば助かります。
詳しい方、手助け下さい。

回答No.10

ikkyu3 · ベストアンサー

なかなか小学生では、電気は難しいですね。
私自身小学生の時には、３年で果物電池の自作、４年生で磁石とブリキ板と巻き線でモーターの自作、５年生で鉱石ラジオの自作でしたよ。
でも電気の本当のところは、当時は理解できませんでした。

さて本題ですが、発電機の取り付けを移動しただけですから、自作にはならないですね。

ご質問に記載のものだけで出来そうなことは、
テスターが1個有るので電圧が計れる。
つなぎ代えれば、電流も測れそうです。（訂正：交流は計れないかも）
回転が遅いと電圧が低く電球は暗いこと。
回転が早くなると電圧が上がり電球が明るくなること。

速さは３段階（低、中、高）調べることにしましょう。
電球を接続した時の電圧、接続しない時の電圧の両方を測定・記録します。
（電球と発電機の間にテスターを電流レンジにして接続して３段階の電流も測定・記録しましょう。と書きましたが、多分お持ちのテスターの電流レンジは、直流（ＤＣ）だけでしょうから、これは、止めます）

発電機の表面の表示をよく読んでください。
観察も大事な習慣です。
今、家のは、６Ｖ　２．４Ｗ　と表示があります。
お宅のは、どうですか。
この２．４Ｗは、標準の電球をつけて標準の回転のときの発電する定格電力です。
当然、回転をうんと早くすれば、電圧も６Ｖ以上になり電力も２．４Ｗより大きくなります。

＞何時間ほど自転車を漕ぎ続ければいいのでしょうか？
発電電圧は６Ｖ、テレビは１００Ｖですから電圧的には接続できませんが、電圧は変換するものとして、電力を貯めることが出来たと仮定すれば、
あとは、テレビの消費電力が分れば、計算できます。
テレビの後ろのネームプレートに書いてあります。

電力量は、電力Ｘ時間です。
テレビを　４８Ｗ（小形）と仮定します。
　４８（Ｗ）Ｘ１０（分）＝４８０（Ｗ・分）
前に書きました我が家の発電機の定格から
　４８０／２．４＝２００（分）
分でなくて時間（ｈ）に直した方が良いかもしれません。
家庭の積算電力計では、ＫＷｈ　ですね。

となりました。
他に調べた方が良いと思うのは、使用した電球ですね。
電球の金属のネジの側面にも電圧と電力または電流が書いてあります。
　電力（Ｗ）＝電圧（Ａ）Ｘ電流（Ａ）
の関係があります。

実測値と機材の表示と対称して見るのも面白いでしょう。

実験、研究ですから、使用した機材の仕様やデータの記録は、提出すると良いと思います。
発電機、電球、テスター、テレビなどです。

まとまりがないですが、以上、参考になりますか。

お礼

詳しくご説明ありがとうございます。

早速試してみます。

回答No.16

ikkyu3

No.13のものです。
marimo_cxさんに、ご心配をいただき理論的には、ありえますので実験をして見ました。
sunsan144さんと同じように後輪に移動しました。
電球をつけないときは、速い時でやはり１０Ｖくらいですね。
その状態で電球をつけると６Ｖくらいです。
この状態で何度か電球の付け外しをして見ました。
電球は、切れませんでした。

電球をつけないで、めっちゃ高速にして瞬間１２Ｖも何度か出ました。
念のために感電もして見ようとしましたが、出来ませんでした。

ちなみに発電機は、６Ｖ　２．４Ｗであるのに電球は、６Ｖ　３Ｗがついていました。
普通電池式のフラッシュライトは、６Ｖの場合４．８Ｖなどがついていて、電圧低下も考慮してあるようです。
発電式では、６Ｖの電球で高速で電圧が高くなることも配慮してあるようです。
その他実験して見て思ったことは、回転速度が測定できませんので、再現性、安定性が難しので、数値的に精度の高い実験を目指すのではなく、実験、体験、何が観察できたのか、何が考えられたか、などとまとめては、どうでしょうか。

Ｐ．Ｓ　
marimo_cxさん　いつも、お世話になります。
広い知識と深い理論と細かなところまで気がつかれ、敬服しております。

お礼

ikkyu3さんわざわざ同じような実験していただきましてありがとうございます。
もうそろそろ夏休みも終わりですので、子供が楽しくなるような実験にしていきます。本当にありがとうございました。

回答No.15

awazo

>AC10Vといってもいまいちどれくらいの電気かわかりません
家庭で使っている普通の電気の電圧はＡＣ(交流)１００Ｖです。その１０分の１の電圧がＡＣ１０Ｖです。

電圧とか交流とかいう言葉がおわかりでしょうか。もし、わからなかったら、別にお答えしますので、質問を別にしてください。

>テレビを１０分見る為には、蓄電器があると仮定して、何時間ほど自転車を漕ぎ続ければいいのでしょうか
蓄電器にたまった電気は、瞬間的にはき出されるので、テレビを見るような電気を続けてみることには使えません。普通の使い方では、カメラのフラッシュのように瞬間的に使い切ることにしか使えないのです。　
電気を続けて使うには蓄電池(蓄電器とは別のものです)を使います。　蓄電池について知りたかったら、これも別にお答えしますので、質問を別にしてください。

自転車を何時間続けてこいでも、電圧をＡＣ１００Ｖにすることはできません。ですから、残念ですが、手作りの簡単な発電機(発電器は字が違います)では、テレビを見るような電気は起きないのです。
自転車の発電機は、自転車のランプをつける仕事か、それに良く似た小さな仕事しかできないのです。

ここに大きな石があります。　一人で動かそうとしてもびくともしません。人の力ではいくら続けていても持ち上がりません。クレーン車を使えばらくらく持ち上がります。　自転車の発電機でテレビを見ようとするのは、大きな石を人間一人で持ち上げようとするのと同じことです。

お礼

そうなんですか。
ありがとうございます。参考になりました。

回答No.14

marimo_cx

> 発電機を回しながら、電球の接続ををつけたり外したりすると、回転に必要な力が変化するのが感じられると思います。

それはやってはいけません。
尖頭電圧で電球が切れます。
やるならセメント抵抗でやってください。
そして#1で書きましたがオープン（無負荷）にしていると高電圧が出ることがあるので感電の危険もあります。

お礼

感電することは全く考えていなかったので、marimo_cxの回答を見て、”はっと”させられました。子供と気を付けて、実験して行きます。ありがとうございました。

回答No.13

ikkyu3

No.10です。
追記します。

他にできることとして、
テスターには、抵抗測定レンジがついていると思います。
電球の抵抗も測っておきましょう。
抵抗値は温度で変化しますが、温度が上がっていない時（灯っていないとき）の抵抗（低い）が測れます。

発電機を回しながら、電球の接続ををつけたり外したりすると、回転に必要な力が変化するのが感じられると思います。
電球をつけるには、回転させるための力が、それだけ必要になることが知りえます。

回答No.12

marimo_cx

実験中のようですが参考情報。

発電容量が2.4Wと3Wが例示に上がっていますが、これは通常ノーマル球が3W、クリプトン球が2.4W定格になっているからです。

本当はデータが出てから書こうと思っていたんですが、面倒なので。
電球のフィラメントの抵抗値は一定ではなく熱に対して負抵抗特性をもちます。
ですので、暗い時ほど抵抗が少なく、明るいと抵抗が増加します。
ですので、回転数を段階的に変化させた場合の消費電力容量は直線にはならないはずです。
発電能力を調べる際には電球負荷は本当は適当ではありません。
秋葉原のパーツ屋に行って12Ω5Wという定格のセメント抵抗を買ってきてテストすると良いでしょう。抵抗器負荷なら電圧を測定するだけで、抵抗値は一定なので電流を測定しなくともその時の発電電力は計算で求まります。
# 但し、光らないので写真に撮っても絵にならない…。

補足

ありがとうございます。

たくさんの方からいろんなアドバイスを頂き感謝しています。
試そうとおもっています。（感謝・感謝）

回答No.11

ikkyu3

Ｎｏ．１０です。
訂正、下の方の電力、電圧、電流の式の中で
誤り　電圧（Ａ）
正　　電圧（Ｖ）

です。ごめんなさい。

回答No.9

ka234

度々お邪魔します。補足を拝見しました。
まず、発電機を自作してみてはいかがでしょう。

細くて柔らかい電線（なに線っていうんでしたっけ）と、棒磁石、それに棒磁石を巻線方向に対して垂直に動かすことができる穴があり、かつ電線を巻きつけることができるもの（電気を通さないもの）を揃えます。

電線の端と端にテスターを接続します。

電線を巻いた回数と、棒磁石を動かす速度で発電した電圧を測定してみます。
巻いた回数が多いほど、より速く動かした方が電圧が高くなると思います。

発電機の原理が解れば、自転車の発電機の実験につながり、「家電を自転車で」というストーリができるのではないでしょうか。

東京電力のHPに子供向けの教材があります。「キッズにおすすめ」

心配は、お使いのテスターで測定できるレベルの電圧が出せるかどうかと、逆に感電です。
くれぐれもお気をつけください。

参考URL：

http://www.tepco.co.jp/

回答No.8

marimo_cx

> 子供と私が実験しようとしているのは、自転車をゆっくりこいだ時には○Vの電圧が起こり、普通のこぎかたでは○Ｖ、速こぎでは○Ｖって感じで電圧を測り

これの電圧の計り方ですが、先にも書きましたが無負荷で計ってはいけません。
電球を繋いだ状態でないと電圧ばかり高い値が出てうまく行きません。
そして電力も求めたいのですから電流も測定してください。

自由研究なのですからこぎ方もちゃんと定量的にしましょう。
時計を見ながらペダルの回転数を一定のrpmにして測定し、ギヤ比などから発電機のrpmも求まるはずです。

14型テレビ 58Wを15分見る場合の電力

58(W) * 0.25(h) = 14.5(Wh)

自転車の発電機の定格 6V/3W

14.5(Wh) / 3(w) = 4.8(h)

14型テレビを15分見るエネルギーは4.8時間こぐ必要があるという計算になります。これを更に食べ物に換算すると面白いかもしれませんね。

回答No.7

ka234

こんにちは。
正直なところご質問のシステムが組めるかどうか（適当な装置があるか）は全く分かりませんが、こんな計算をしてみました。仮定条件を多く使用します。

まず、テレビの消費電力が100[W]（14型程度）とします。
題意で10分でしたので、使用電流量[Ah]は、
テレビの消費電力100[W]÷電圧100[V]×10[分]/60[分]＝0.17[Ah]

バッテリー容量[Ah]＝使用電流量[Ah]÷（バッテリー利用率×インバータ効率）＝0.17[Ah]÷（0.5×0.75）＝0.44[Ah]→1[Ah]としますが、有無は調べていません。
ここでバッテリー利用率は、どこまで放電させるかを意味するもので、市販の車載用バッテリーを想定し0.5としました。
インバータ効率はバッテリー（直流12V）をテレビで使える交流（AC100V）に変換する装置の効率（仮定）です。もっと効率のいい製品があるかも。

バッテリーを充電するための使用電流量は、
1[Ah]÷（バッテリー係数0.8×充電器効率0.9）＝1.39[Ah]
ここで、バッテリー係数は充放電のロスを2割と仮定しています。充電器の効率はAC6VをDC12Vに変換する装置の効率（仮定）です。

発電機の定格発電電力が3Wとという回答を引用しますと、
発電機発電電流＝発電電力3[W]÷電圧6[V]＝0.5[A]となり、

発電所要時間＝バッテリー充電使用電流1.39[Ah]÷発電機発電電流0.5[A]＝2.78[時間]＝2時間46分48秒
となりました。

このような都合のいい製品が揃えられるかは調べていません。私のほうで仮定条件として用いた数値も保証できるものではありませんが、あとは専門家の回答を期待したいです。

回答No.6

38endoh

> 何時間自転車をこげばいいのかという単純？

電力に換算するには電圧だけでは不足で，電流も測定しないといけないんですよ。大事なのは，この電圧と電流の積なんです。もっと言えば，この積と時間との積が重要なのです。

それにはテスターを２台使用し，電球にかかっている電圧と，電線を流れる電流とを同時に測定しないといけません。その上で，自転車のランプと家庭用テレビとで「電圧×電流×時間」の値を比較すればよいと思います。