スイッチやモーターの静流子から火花の出るわけ

質問

電気が空中で火花を散らすのはかなりの電圧があるときだと聞いたのですが，おもちゃのモーターでも通電の瞬間は静流子に火花が見られますよね．その理由を子供にもわかるように説明したいのですが．よろしくお願いします．

回答No.1

myeyesonly · ベストアンサー

＞電気が空中で火花を散らすのはかなりの電圧があるときだ

このかなりの電圧、が問題なのです。この放電電圧は隙間の間隔が狭くなるほど低くなります。
族に千ボルト一ミリなどと言って、１ｍｍの隙間は１０００ボルトの電圧で放電してしまいます。
この放電は火花放電です。
モーターの整流子（静流子じゃないですよ。ただの変換ミスでしょうけど）は接触してますよね。
その隙間は厳密に０じゃないけど、ほぼ０として、今接触していた回転子側の金属から離れる瞬間があります。
その瞬間の隙間が１ミクロン（千分の一ミリ）なら、１ボルトでも放電してしまいます。さらに時間をたどればもっと狭い瞬間もあるので、数ボルトのモーターの整流子でも火花が散るわけです。

お礼

＞静流子じゃないですよ。ただの変換ミスでしょうけど
すみません．本気で間違えていました．今度からは、もう少ししっかり下調べをしてから質問したいと思います。ありがとうございました．またよろしくお願いします．

回答No.3

stomachman

整流子の火花。懐かしいなあ。

　回答じゃありません。実のところよく分かりません。
　軸に付いている２つの電極が回転し、これに接触しているブラシが回転子の２組のコイルに流れる電流の向きを半周ごとに反転する仕掛けですね。電極の切れ目に来たときに放電が起こるようです。コイルのインダクタンスのせいで、電流を急に切り替えようとすると電極に高電圧が発生します。これが放電を起こしている。回転が遅いとコイルにたっぷり電流が流れて（だから起動力が大きいんでしょうが）、発生する電圧も大きくなるんだろうと思ってました。でも、界磁の磁場中でコイルが動いていることによってコイルに誘導される電流もあるし（実際、発電機にもなる）、ブラシの弾性による固有振動と回転周期との共振による機械的な飛びの（ブラシが電極から離れてしまう）現象だって関係しているようなので、正確な話はやっかいそうです。

　易しい説明。インダクタンス（電気的慣性）については、その正体はコイルの作る磁場ですが、これを流体の質量のように見なす。コイルに流れていた電流が突然行き場を失って電極に溢れかえる、という感じでしょうか。
　stomachmanなら、まずはモーターを分解して仕組みと現象を観察し、負荷を掛けるとどうなるか、永久磁石を取り除いて手で回したらどうなるか、ブラシを強く圧し付けたらどうなるか、磁場の強さはどの位か、単なる電磁石ではどうなのか、コイルと並列にコンデンサを繋いだらどうなるか、など実験しながら一緒に考える、ってことになりそうです。子供にも分かるようにというより、子供と一緒に童心に帰って、かな。

お礼

本当によくわかりました．こんなに真摯にに答えていただけて大変感激しています．ありがとうございました。

回答No.2

ymmasayan

おもちゃのモーターの整流子（静流子では有りません）もスイッチも、流れている電気を強制的に切るものなのでスイッチで話をします。
電気回路の中にも慣性に相当するものが有って、流れている電流を切ろうとするとそれに逆らって電流を流しつづけようとする電圧が発生します。この電圧は回路によって大小様々ですがスイッチを開きかけた瞬間のスイッチの間隙（すきま）は無限に狭いわけですから僅かな電圧で火花が飛ぶわけです。（電圧／すきま＝∞）
この慣性をインダクタンスといいますが、犯人はコイル（特に鉄心入り）がほとんどです。電灯のスイッチを切った時にラジオに「ガリッ」という音が入るのはこの火花が原因です。
なお非常に大型のモーターでは整流子の火花がほとんど発生しない設計がしてあり、火花が出始めると故障扱いです。

お礼

なるほど，納得できました．隙間の広さが問題だったのですね．ありがとうございました．