静電気チェッカーを使った 電気盆の実験

　高校物理ではおなじみの電気盆の実験です。
ティッシュペーパーで擦って帯電させた発泡スチロール板の上で上下させるアルミ皿に誘導される電気の正負を調べるのに，従来はネオン管を使っていました。しかし，演示実験としてこれを教室で見せる場合，「ネオン管が小さすぎて遠くからだとよく見えない」という深刻な問題があります。

　そこで，前回作った「静電気 正負チェッカー」の出番です。明るく輝くLEDは教室の後ろの方からでもよく見えますから好都合です。電気の正・負が分かればいいだけですからLEDは赤・青 各1個あれば十分です。
静電気チェッカーでアルミ皿の電気の正負を調べながら この実験を行うと，金属内の自由電子の動きが手に取るように分かりますよ。

静電気メーターを使った実験

　2023年4月30日(日)に名古屋で行われた「科教協東海ブロック　理科実験お楽しみ広場」に参加し，楽しく勉強してきました。
特に魅かれたのは愛知物理サークル・田中英二先生の「新かんたん静電気メーターでできること」というレポートと実験紹介でした。
高校物理では箔検電器でやっている演示実験の多くをこの「静電気メーター」に置き換えることが可能です。箔検電器だと，開いてる箔の正負は目で見ても分かりませんが，この「静電気メーター」だとLEDの色で一目瞭然です。
　田中先生の実践は以前から知っていたのですが，今回直接教えを乞うて この装置をマネして作ったのでご紹介します。

　とは言っても，田中先生が使っている電子部品はディスコンのものがあったり，チップ抵抗みたいな極小サイズのMOSFETだったりで，そのままマネして作るのは大変そうでした。
でも，「MOSFETのG(ゲート)を静電気の正または負の電位で開いてD(ドレイン)とS(ソース)のスイッチを入れる」という原理が分かったので，ネットの力も借りながらこんな回路をでっちあげて試してみました。

　こんなのでも，ちゃんと静電気の正負が分かりますが，トランジスタを入れてちょっとだけ高感度にしたのがコレ↓

ユニバーサル基板上に部品を適当に配置してこんな形になりました（左のが高感度型）。

　さらにLEDを正・負 各5個並べたものは，この方の作例をマネて，こんな回路で2台作ってみました。（パーツはすべて秋月電子通商で手に入ります）

　では，動画をご覧ください。
(1) 静電気メーターで帯電列を作ろう
(2) ストローを紙袋から引き抜くと，紙袋は正に，ストローは負に帯電する。正負は等量。
(3) 静電誘導の実験
(4) 光電効果の実験（紫外線灯はハンディーパーソナル除菌ライトMEH-65 です。

aitendo 2023お楽しみ福袋

　贔屓にしている電子パーツ通販のaitendoで，今年も「2023お楽しみ福袋」を買ったのでご紹介します。
税別999円で限定100袋が，10分くらいで完売したようですw
12月31日午前10時にポチったら，1月1日お昼頃に自宅に届きました。aitendoさん，佐川急便さん ありがとう(^^)

作りやすいFMバンドDSPラジオキット [K-M803A]　これがこの福袋のメイン商品かな。正月休み中に作ってみよっと。

IchigoJam-T互換基板 [MB-1114FN28-T]っぽいけど，マイコンが載ってないからどうしようもないなあ。これはゴミですw

★ロシア★高性能ゲルマニウムダイオード（2個入） [D9G]　これはいいかも。またゲルマラジオを作ってみようかな。

STN液晶モジュール★16x1★ [ZJM161A]　16文字×1行のSTN液晶モジュール。せめて2行のが良かったなあ。

SATAコネクタwith基板 [SATA22PM-2P]とピッチ変換基板(1.0/15P) P-FCB1015Aとミニ基板　これは使いそうもないなー。

マイクロUSB変換基板　これも使いそうにないなー

RCAプラグはいいとして，HDMIのアダプタは，タイプAプラグ⇔タイプAソケットとタイプAプラグ⇔タイプAプラグってどういう用途があるのかしら？笑

電解コンデンサ100μF 450Vと8Ω2Wのスピーカー

まあ，999円以上の商品が入ってたのは確かだけど，今年のaitendo福袋は今ひとつでしたねー。来年は2024円福袋にしてくれるといいな。

格安オシロスコープで遊ぶ (5) LC回路で電気振動

　どこの高校の物理教室にもある500巻きのコイルをコの字型鉄心に入れて（LCRメータを使って実測したら70mHありました）100μFの電解コンデンサを並列につなぎ，LC回路の電気振動をやってみました。

　
　3ボルトでコンデンサを充電しておいて左のスイッチを切り，右のスイッチを入れてやります。
オシロのトリガモードは，NORMALかSINGLEにして，トリガレベルは0ボルトからちょっとだけ上へ上げてやります(0.4ボルトくらいにしました)。

　もちろん すぐに減衰しますが， 6～7回くらいは振動するので，授業で見せるくらいなら これで十分でしょう。

この電気振動の周期Ｔの計算をやってみましょう。

　ちなみに，今回の実験で使ったコイルのＬ＝70mH，コンデンサのＣ＝100μFを代入して周期Ｔを計算してやると，Ｔ＝17msとなりました。上のオシロ画面の時間軸は１目盛10msですから，大体うまくいってることが分かりますね ♪

ついでに，エネルギー保存の式を作っておきましょう。

　　

格安オシロスコープで遊ぶ (4) コイルの自己誘導

　発振器で作った矩形波をコイルに入力して，コイルに生じる誘導起電力を測定してみました。

回路はこんな感じ。
　12mHのコイルは，電子パーツ屋で買ったチョークコイルです。いつ買ったのか記憶がありませんが，将来使うかもしれないモノは「とりあえず買っておく」癖がついているものでね(笑)

　発振器でこういう矩形波を作って上の回路につなぎます。この発振器は，高い周波数にすると ちょっとノイズが乗りますね。

コイルの両端の電位差(誘導起電力)を測定すると，こんな ↓ 感じ。
高校物理の教科書によく載ってるやつですね。

　この曲線も指数関数で，前回と同じようなやり方で計算すると式が作れますからやってみましょう。まずは，Eボルトの直流電源につないだ直後。

お次は，電源が0ボルトになった直後。

格安オシロスコープで遊ぶ (3) コンデンサの充放電

　高校物理の教科書によく出てくる「コンデンサの充電曲線・放電曲線」をオシロスコープで見てみましょう。

　コンデンサと抵抗で，↑ こういう回路を作って，ファンクションジェネレータで左側から14Hzの矩形波を入れ，4.7μFのコンデンサの両端の電位差をオシロで観測します。
入力した矩形波はこんなやつ ↓ で，
コンデンサの両端の電位差は，こんな具合 ↓ に変化します。

　物理の教科書によく載ってるやつですね。
昨年度，岐阜の県立高校のすべての教室に液晶プロジェクタが設置されたので，このオシロを持っていけばすぐその場で見せることができるな（・∀・）

　この曲線は指数関数になってるんですが，そのあたりのことも以下に書いておきますから参考にしてください。
まずは，空っぽのコンデンサをＥボルトの電池で充電する過程です。コンデンサの両端の電位差がＶボルトね。

　んで，次は放電の過程です。

格安オシロスコープで遊ぶ (2)

　実は，オシロと同時にXR2206を使った格安のファンクションジェネレータ・キットも買ってました。
1Hz～1MHzの正弦波/三角波/矩形波が発振できる なかなかスゴイやつです。
　秋月電子のこれとかこれも持ってるんだけど，このキットは895円と格安だし，小さくてかわいいでしょう？

　サクっと組み立てて，昨日のオシロにつないでみました。
正弦波/三角波の出力はDCオフセットに乗っかってるので，これをカットするために0.1μFのコンデンサをつけてあります。オシロにACカップリングでつなげば要らないんですけどね。
　まあ性能はそれなりですが，高校物理の授業で使う程度ならこれで十分です。↓ 動画をご覧ください。

　　

格安オシロスコープで遊ぶ (1)

　Amazonで3,760円の１現象オシロ Quimat社の デジタル オシロスコープ DSO150（DSO1501）をポチりました。
オリジナルは 中国深圳のJYE Tech社の製品みたい。つまり僕が買ったのは，中華製品の中華製コピー品ってわけです(笑)
中身は同じなんだけど，ファームウェアのアップデートはできないようになってるようです。まあ多分やらないから大丈夫ですな。

　10年くらい前に秋月電子で買ったJYE TechのLCDオシロスコープキット(4,700円)と比べると ずいぶん性能アップしてて，これならホビー用途で十分使い物になると思います。

使い方を忘れそうなのでメモしておきます。
【電圧軸ゼロセット】
　試験信号出力(Test signal output)にプローブをつなぎ，CoupleをGNDに切り替えて V/DIVを3秒長押し。
【時間軸ゼロセット】
　SEC/DIVを3秒長押し。
【上下の位置調整】
　V/DIVボタンを2回押し，ADJダイヤルで調整。(ADJダイヤルを押してから回すと速く動く)
【左右(バッファ)の位置調整】
　SEC/DIVボタンを2回押し，ADJダイヤル調整。
【TRIGGERモード(SING)】
　TRIGGERボタンを押し，ADJダイヤルでSINGにセット。さらにTRIGGERボタンを押すと右の▲が水色に変わるので，ここでトリガレベルを指定する。さらにTRIGGERボタンを押すと，右側の矢印を水色の枠で囲むように切り替わるので，立ち上がりでトリガをかけるなら ↑ を，立ち下がりでトリガをかけるなら ↓ を選ぶ。
※50ms以上ではトリガがかからない。
【ステータスの表示/消去】
　OKボタン3秒長押し。
【画面save】
　SEC/DIVとADJボタン同時押し。
【画面Load】
　TRIGGERとADJボタン同時押し。
【リセット】
　SEC/DIVとTRIGGERボタンの同時3秒長押し。

　　

TK-80互換機 ZK-80のキット

　1976年に発売されて大ヒットしたマイコンTK-80の互換機ZK-80のキットをaitendoで買って組み立ててみました。
TK-80は工学部電気電子系へ進学した友人の間では流行ってましたが，僕は全然関心がありませんでした。で，まったくニーモニックや機械語に触れることもなく大学時代を過ごし，就職後に初めて買ったコンピュータ(FM-8)で覚えた言語はBASICでした。
　定年退職後ヒマだし，aitendoの「ミニ版ZK-80組立てキット」は2,500円というリーズナブルなお値段なので，つい手が出てしまったというわけです。

　キットとしては部品点数も少ないし，あっという間にでき上がったのでネットで拾ったプログラムをパチパチ入力してるときに「あれ？4桁LEDのアドレス表示部とデータ表示部が逆だぞ」と気づきました。
回路を設計したピコソフト(株)のWebサイトのFAQを見てみたらその答えがありました。
「4桁LEDは二つ使用していますが，片方はアノードコモン，他方はカソードコモンで別物です。説明書にあるように，アドレス表示部にはアノードコモンのLED，データ表示部にはカソードコモンのLEDを付けてください。」

「うわ，そうだったのか！ 気づかなかったー！」
逆に取り付ける確率は50％ですが，やらかしました。さあここからが大変。ハンダ吸取線や吸取器を使って悪戦苦闘すること30分。やっと取り外しに成功して正しい位置に付け直しました。
　しかし，電源を入れてみると７セグLEDのセグメントのひとつが点灯しません。取り外すときに基板のパターンを剥がしてしまったようです。回路図を見ながらテスターで調べ，切れてるっぽい箇所を見つけて配線。７セグLEDも無事点灯して，やっと完成です。
さっきのプログラムを入力してRUNすると，ちゃんと動いてるみたいです。やれやれ。

　ところが，また不具合発見。一番右上のRESETボタンが効かないのです。基板の表を見ても裏を見ても，このスイッチはどこにもつながってません。aitendoのキットの基板はこういうミスがよくあるんだよなあ。
回路図を見て，このスイッチはマイコンの1番ピン(MCLR)とGNDにつなぐことを確認して配線しました。この写真をごらんください ↓

　手間取りましたが，RESETボタンも効くようになってやっと完成！　↓ こんなサンプルプログラムがあらかじめ入ってました。

ガイガーカウンタ GC10 （１）

　福島第一原発の大事故９周年を記念して(？)，Amazonで買った ガイガーカウンターキット GC10 を作ってみました。

　GM管は旧ソ連軍製のSBM-20ってやつで，昔 秋月電子で扱っていた浜ホトのGM管D3372よりかなりデカくて感度に期待が持てます。
ケースは秋月電子のSK-7があつらえたようにピッタリです。

　上の写真のように僕の家(岐阜市)だと22カウント/分くらいで，0.133μSv/hを表示しています。放射線モニタリング情報を見てみると，岐阜市は0.055μSv/h程度ですから，少々高め。

　CPMからμSv/hへの換算は，マイコンでCPM÷165と計算してるようですが，この値(gms)を変えてやったほうがいいかもしれません。でも設計者は福島で校正したみたいなのでとりあえず敬意を表してこのままでいきましょうかね。(パソコンとシリアル接続して，TeraTermなどでgmsの値は変更できます)

　大昔に買ったEPIのランタンマントルA-6301(これに含まれるトリウム232から放射線がバリバリ出ますが，現行品はダメみたい)を近づけてみるとすごいことになりました(笑)
下の動画をご覧ください。