| キャパシタ（電気二重層コンデンサ）の問題 | |||||||||||||||||||
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| 小学校の新学習指導要領６年に、今までになかった内容項目「電気の利用」が、「エネルギーの変換と保存」、「エネルギー資源の有効利用」にかかわるものとして、次のように追加されている。 | |||||||||||||||||||
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| １ キャパシタ（電気二重層コンデンサ）が新教具として登場するが・・・・ | |||||||||||||||||||
| ◆ | 本内容で「解説書」に記述されている教具（●印は、新しく導入されるもの） | ||||||||||||||||||
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| ◆ | さらに、ものづくりとして | ||||||||||||||||||
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| ２ 本内容でのキャパシタを利用目的 キャパシタについては別ページ参照 | |||||||||||||||||||
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| ① | 電気を蓄えるものとして（蓄電器） | ||||||||||||||||||
| ② | 発光ダイオードと豆電球の点灯時間の比較 | ||||||||||||||||||
| ③ | 電気自動車の蓄電器として活用（ものづくり） | ||||||||||||||||||
| ３ キャパシタを利用した実験での問題と対策 | |||||||||||||||||||
| ① | 使うキャパシタの定格電圧と容量はどのくらいのものを使うのか。 | ||||||||||||||||||
| キャパシタは、２．３Ｖ、１０Ｆ を使う。 | |||||||||||||||||||
| ○４５分授業の中で、豆電球とＬＥＤの点灯時間の比較ができる容量。 | |||||||||||||||||||
| ○手回し発電機（ゼネコン）で、１００回程度回すと、満充電できる。 | |||||||||||||||||||
| ② | 充電がいっぱい（満充電）と完全放電をどのように、子供が知るのか。 | ||||||||||||||||||
| ◆ | 満充電をどのように知るか | ||||||||||||||||||
| 電圧を測定していくのが、最適であるが、小学校では電圧・電圧計の学習はない。そこで | |||||||||||||||||||
| ○ゼネコンを普通に回して、２．３Ｖぐらいになる回数をあらかじめ調べておく。 （だいたい、８０～９０回、子供だと１００回としておく方がよいかも） |
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| ◆ | 完全放電をどのように知るか。 | ||||||||||||||||||
| ○キャパシタの＋と－の端子を導線で短絡させる。（１０秒間・・子供にわかりやすい） | |||||||||||||||||||
| ③ | キャパシタに過電圧が加わらないよう、安全に充電するためには、どのようにしたらよいか。 | ||||||||||||||||||
| ○電子回路を利用した充電ケーブルを使う。（メーカーで試作中） | |||||||||||||||||||
| ○バッテリキェッカー（電圧計）のついたキャパシタか充電器を使う。（高価） | |||||||||||||||||||
| ④ | 手回し発電機（ゼネコン）で充電して、ゼネコンをキャパシタにつないだままにしておくと、ゼネコンが逆回転し、ゼネコンに放電されしまう。 | ||||||||||||||||||
| ○満充電になったら、すぐに接続導線をキャパシタからはなす。しかし、これは、充電と放電の勉強になる。 | |||||||||||||||||||
| ○専用の充電ケーブルや充電器を使うと、電流の逆流はない。 | |||||||||||||||||||
| ⑤ | 充電が不十分だと、ＬＥＤは点灯しないが、豆電球は点灯する。 | ||||||||||||||||||
| 通常のＬＥＤは、１．５Ｖぐらいでは点灯しないが、豆電球は点灯する。 | |||||||||||||||||||
| ○十分に充電してから、⑥の実験をする。 | |||||||||||||||||||
| ⑥ | 豆電球と発光ダイオード（ＬＥＤ）の点灯時間の比較で、ＬＥＤの時間を先に計ると授業が終わらない。（キャパシタを２つ同時に使う場合は別） | ||||||||||||||||||
| ○豆電球の点灯時間を先に調べる。 | |||||||||||||||||||
| ２．５Ｖ、０．３Ａ豆電球で、点灯が確認できなくなるまで、約１分３０秒前後 | |||||||||||||||||||
| ⑦ | ⑥のような実験のとき、子供は点灯を見つめているだけで、することがない。 | ||||||||||||||||||
| ⑦のことは、本内容の授業全体に言える。これからの検討課題 | |||||||||||||||||||
| ⑧ | 乾電池（１．５Ｖ）の代わりにキャパシタを使用する場合、電圧に注意が必要 | ||||||||||||||||||
| 4 参考 | |||||||||||||||||||
| (1) | キャパシタにどれくらいの電気を蓄えられるのか？ | ||||||||||||||||||
| 耐電圧２．３Ｖ、１０F のゴールドキャパシタを満充電すると Ｑ＝Ｖ・Ｃで、２．３×１０＝２３クーロン つまり、1アンペアの電流を23秒間流し続けることができる電気量ということになる。 |
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| (2) | 「キャパシタで言う耐電圧（最大使用電圧）とは | ||||||||||||||||||
| 「キャパシタで言う耐電圧（最大使用電圧）とは、長時間加え続けても特性の劣化の起こらない最大の電圧。 | |||||||||||||||||||
| 通常これを定格電圧、耐電圧などと呼ぶ」(岡村廸夫著「電気二重層と蓄電システム） 要するに、耐電圧以上の電圧を長時間加え続けると、１０年とか２０年とか或いはそれ以上といわれる寿命に影響を及ぼす可能性があるということで、「３Ｖ程度の電圧で、それも、短時間に充電し、短時間に放電するという使い方では、それほど影響はないだろう」（松下電気コンデンサＢＵ）ということである。 |
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| (3) | キャパシターの端子電圧が下がると | ||||||||||||||||||
| 端子電圧が、２Ｖ以下になると、同調指示のＬＥＤが点灯しなくなり、その分消費電流が少なく、電圧降下速度は少し緩やかになる。 | |||||||||||||||||||
| 充電しない状態で、置いておくと、端子電圧は、１Ｖ以下にまで下がる、ここから、ゼネコンで充電をはじめると、３Ｖに上げるのには、1０0回程度回す必要がある。 | |||||||||||||||||||