理教法Ⅲ：遠隔授業；コヒーラ検波器の製作

緊急措置：学生の遠隔授業指示は最後にあります。

理科教育法Ⅲスキルアップ実験

「実験タイトル」

コヒーラ検波器の製作＿リモコンの原理

「学習項目」

電磁波　波長　LED　信号

「実験概要」

1. 電磁波をキャッチする装置：電磁波が金属粉末に到達する際に、そのエネルギーによって金属表面の抵抗が著しく低下して電気が流れやすくなるという現象を利用した装置。アルミニウム表面の酸化被膜である酸化アルミニウム Al₂O₃ は、導電性がないが、電磁波のエネルギーによって局在的に熱が発生する。すると、アルミニウム表面が溶けて、アルミニウム単体 Al がむき出しになって電気が流れやすくなる。金属粉末や球体を用いた場合、接触している部分がわずかであるため、この現象がより顕著に起こる。
2. 無線通信の原理に応用：この発見は、1890年、金属粉末の電気伝導性を研究していたエドアール・ブランリーによるもので、直後にオリバー・ロッジがこれを検波器に応用したことで、その後の無線技術の向上に大きく貢献することになった。コヒーラという名称は、当初、この現象が高周波により電極と金属粉末同士が「密着する」(cohere)からだと考えられたことによる。この電磁波によって電流を制御できるという考えは、現代のリモートコントロール技術につながる大発見となった。なお、かのニコラ・テスラは、1898年に無線操縦の特許を取得し、ニューヨークのマディソン・スクエア・ガーデンで無線操縦の船舶模型を実演したという記録が残っているという。

「準　備」

プラカップ　アルミホイル　テープ　リード線　LED　ボタン電池(3.0V)　圧電素子

「操　作」

1. プラカップの内側のアルミホイルの導線2本をテープで対極に貼り付ける。
2. 小さなアルミホイル球を多数作り、プラカップにその1/3程度が埋まるように入れる。
3. アルミホイルの導線を伸ばしてリード線とLEDと電池(3.0Vボタン電池)を回路に組み込む。
4. 回路内に電気が流れていないことを確認しる。
5. 圧電素子を空打ちして回路に電気が流れたことを確認する。

「動　画」

「観察・記録」

1. 構造解説：どのような作りになっているか？
2. 観察・結果：気づいたこと・工夫したこと

「考察・教材研究」

1. 圧電素子のしくみ
2. アルミニウムと酸化アルミニウムについて
3. 動作～原理解説：操作によって科学的にどのようなことが起こるのか？
4. 教育課程上の位置づけ

◇遠隔授業での設問

1. アルミニウム缶(13.5 g のアルミニウムが 使用されているとする)1 個が持つ電気エネルギー〔C〕を算出しなさい。
2. この実験において、炭が果たした役割は何か？100文字以内で説明しなさい。

◇遠隔授業としての指示：設問の回答をこの下のコメント欄に直接記入しなさい。出席確認機能も兼ねているので、可能な限り各授業時間内に回答すること。また、最初に「5/12・氏名」をわかるように記載すること。(内容は自動的に指導者に送られるが公開されない設定になっている)