入口・変換・行き先を比べる
電気のエネルギーをたどる
電気から、光・動き・音へ。
電池の化学反応と発電機の回転、変圧器で電圧を変える働きから、光・動き・熱・音を生むしくみ、音を電気信号へ変えるマイク、回転で空気を流す掃除機へ。9記事で、エネルギーと信号の入口・行き先を比べよう。
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エネルギーの入口と用途を見比べる生成概念展示。道具同士をつなぐ実際の回路・配線図ではありません。
この順番で、原理を比べる。
番号は学ぶ順番です。電池から全ての道具へ一列に電気が流れる経路ではありません。エネルギーと信号を分け、入力と出力に注目して読みます。
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化学反応から電気へ。まず、電気の入口を見る。
化学電池は、電極の化学反応を利用して電気エネルギーを取り出します。電子は外の回路を通り、イオンは内部の電解質を移動します。リチウムイオン電池では充電時と放電時で移動の向きが逆になります。ただし、使い切りの一次電池は充電するための設計ではありません。
電池の図と工程を読む ↗ - 02
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同じ電気の入口でも、こちらは回転から。電池と比べる。
発電機は、コイルを通る磁束を変えることで電圧を生み、回す仕事を電気へ変えます。一定の磁場でもコイルの向きを変えれば電磁誘導が起こります。負荷へ電力を送るには回す側の仕事が必要で、磁石だけでエネルギーを増やせるわけではありません。
発電機の図と工程を読む ↗ - 03
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発電と電圧を変える仕事を分けて読む。
変圧器は、一次側が作る変化する磁束を二次巻線に結び付け、電磁誘導で電圧を変えます。理想的な電圧の比は巻数の比ですが、電力が増えるわけではありません。出力電流は負荷に依存し、直流への整流や出力の制御は別の働きです。
変圧器の図と工程を読む ↗ - 04
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電気の行き先のひとつ、光を出す働きを見る。
LEDは、半導体の中で電子と正孔が再結合するときに光を出します。白い光を作る代表例は、青色LEDの光の一部を蛍光体で別の波長へ変え、残る青い光と組み合わせる方式です。電気のすべてが光になるわけではないため、電流の調整と放熱も必要です。
LEDの図と工程を読む ↗ - 05
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光ではなく回転へ。入力と出力の違いを比べる。
モーターは、電流と磁場の関係で生じる回す力を使って、電気を機械の動きへ変えます。ブラシ付き直流方式では、整流子が回転位置に合わせてコイルへの接続を切り替え、回す向きをそろえます。ブラシレスや交流方式は、部品の配置や通電の制御が異なります。
モーターの図と工程を読む ↗ - 06
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回転と加熱を分け、鍋で熱が生じる条件を見る。
IHは、コイルに流す交流で変化する磁場を作り、鍋底に渦電流を生じさせる加熱方式です。鍋の電気抵抗によって熱が生まれ、その熱が中の食材へ伝わります。使える鍋は材質と製品仕様によって異なります。
IHの図と工程を読む ↗ - 07
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音の変化を追い、エネルギーと信号に注目する。
ダイナミック型スピーカーは、磁場の中のボイスコイルに電流を流し、その力で振動板を前後に動かします。空気の圧力変化が音として伝わります。単純な音の高さには周波数、大きさには圧力の振幅などが関係し、Bluetoothの電波で運ぶデータとは別です。
スピーカーの図と工程を読む ↗ - 08
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音を出す側から、音を信号に変える側へ視点を反転する。
マイクは、音による振動板の動きを電気信号へ変えます。ムービングコイル型は磁場の中で動くコイルの電磁誘導、コンデンサー型は電極間の静電容量の変化を利用します。USBは接続の呼び方で、指向性や電源とは分けて考えます。
マイクの図と工程を読む ↗ - 09
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モーターの回転の先で、空気と粒子の動きを追う。
掃除機は、モーターでファンを回し、圧力差によって空気を流します。空気がごみを運び、紙パックやサイクロンとフィルターがごみを分けます。空気の道と、ごみが止まる場所を分けて見ると、吸引・集じん・排気の役割がわかります。
掃除機の図と工程を読む ↗
