高校生 さんの書込 (2008/08/27(Wed) 17:08)

こんにちは，初めまして．

僕は高校三年生なのですが，コンデンサーを作成しています． アルミホイルとラミネート紙を交互に重ねて並列コンデンサーを作成しているのですが１０枚くらい重ねたのですが，電荷が充電されませんでした． サイズはA４です． もっと重ねないとまずいのでしょうか？あるいは誘電体がいけないのでしょうか？ ちなみにラミネート紙の成分はPETとなっていました．

アドバイスがあったら宜しくお願いします．

toorisugari no Hiro さんのレス (2008/08/27(Wed) 19:00)

確認ですが， 陰極と陽極のアルミが接触していることはないですか? シートの束が密着するようにしてますか?(間に隙間はないですか?) 電荷が充電されたかどうかをどのように検証しましたか?

mNeji さんのレス (2008/08/28(Thu) 00:23)

すこし，別の質問もさせて下さい．

（１）テスタとかマルチ・メータの類いを持っていますか？ 持っているとしたら，抵抗値はどれくらい？ （２）ラミネート紙の厚さは判っていますか？アルミホイルの厚さは10μmですか？ また，全体の厚さはどれくらい？で，重しを載せるとか，圧力を掛けるかしていますか？ （３）台所のラップをラミネート用紙の替わりに使えませんか？ （４）静電容量の概算は出来ますか？

高校生 さんのレス (2008/08/28(Thu) 12:49)

みなさん，ありがとうございます． レスが遅くなり申し訳ありません．

電荷が充電されたかの検証は充電したコンデンサーに電流計と抵抗を接続して電流が流れたならば，電荷が帯電していると判断しておりますが，電流が流れませんでした． 陰極と陽極が接触している可能性も確認したいと思います．

またラミネート用紙とアルミホイルの間には多少隙間があるので，mNejiさんのお知恵をお借りして重し等を使って圧力をかけたいと思います． テスタは一応あります．測定してみます．

ラミネートの厚さは100μです．アルミホイルは・・・確認してみます． 不明な点ばかりですみません． これから再度挑戦したいと思います． また詳細がわかりましたら，お伝えしますのでよろしくお願いします．

高校生 さんのレス (2008/08/28(Thu) 17:00)

再度チャレンジしましたがやはりうまくいきませんでした．

mNejiさんの質問に対して不明な点を確認しましたので整理します．

（１）抵抗値を測定するテスターはあります．測定値は３３（Ω）でした． （２）ラミネート紙の厚さは１００μです．アルミホイルの厚さは１１μｍです． 全体の厚さは１０枚くらい重ねたので，０．７ｍｍ位だと思います． 圧力は手で押さえたり，本（辞書等）を置いたりしてかけました． （３）台所のラップ紙はまだ試しておりません．ラミネート紙よりそのほうが誘電率が高いのでしょうか？ちなみにラミネート紙の材質は外側がPETで内側がEVAです． （４）静電容量の概算はアルミの面積が２５×１５ｃｍで極板間間隔は１００μです．誘電率は真空誘電率を用い，アルミは１０枚くらい重ねているので概算はC＝３．４×１０〈−３〉μF×１０＝３．４×〈−２〉μFくらいだと思います．間違っていたらすみません．

以上です．学校で実施しているので明日ラップ等も試したいと考えています． ラミネートやアルミホイルに傷が少しでもあるとまずいのでしょうか？

mNeji さんのレス (2008/08/28(Thu) 18:08)

＞再度チャレンジしましたがやはりうまくいきませんでした．

こういう実験の時の心構えは，「上手く行かない場合の分析」こそが大切です．； ・どうして上手く行かないのか， ・準備がいけないのか， ・セッティングがまずいのか， ・テクニックが不足しているのか， ・予測値が間違っているのか． などなどを，しっかりとフォローすれば，それだけでもレポートの材料が豊富になるとして，喜ぶべきとおもいます．

＞（１）抵抗値を測定するテスターはあります．測定値は３３（Ω）でした．

この値は，事実上ショートしているように感じます．ラミネート紙の両面にアルミホイルを貼って抵抗を測ったらMΩぐらい，湿度が高いとしても0.1MΩのオーダではないでしょうか．

＞（２）ラミネート紙の厚さは１００μです．アルミホイルの厚さは１１μｍです． ＞全体の厚さは１０枚くらい重ねたので，０．７ｍｍ位だと思います． ＞圧力は手で押さえたり，本（辞書等）を置いたりしてかけました．

ラミネート紙の厚さは１００μmは，少し厚い感じがします．その上，隙間が可成り有りそうですね．

他方薄いばあい，破れたりするのを気をつけるべきでしょう．

食品用ラップをアルミホイルに貼ってから，ヘヤードライヤなどで軽く加熱してへばり付きませんかね．

＞（３）台所のラップ紙はまだ試しておりません．ラミネート紙よりそのほうが誘電率が高いのでしょうか？ちなみにラミネート紙の材質は外側がPETで内側がEVAです．

理科年表などには載っていませんね．検索でもしてみますかね．何れにしろ，誘電率の高く・薄い素材は容易には入手できないと思います．

＞（４）静電容量の概算はアルミの面積が２５×１５ｃｍで極板間間隔は１００μです．誘電率は真空誘電率を用い，アルミは１０枚くらい重ねているので概算はC＝３．４×１０〈−３〉μF×１０＝３．４×〈−２〉μFくらいだと思います．間違っていたらすみません．

後で検算にします．

＞以上です．学校で実施しているので明日ラップ等も試したいと考えています．

もしノギスとかマイクロメータなどが借りられると良いですね．

またオシロスコープや発信器は借りられますか？

＞ラミネートやアルミホイルに傷が少しでもあるとまずいのでしょうか？

電気的なショートを引き起こさない限り問題ないと思います．

高校生 さんのレス (2008/08/28(Thu) 20:46)

mNejiさん，ありがとうございます．

なるほど，確かに失敗したことにより考察することが大切なのですね． しかも色々とヒントまでいただきありがとうございます． 学校でコンデンサーは簡単に作れるということを授業中に聞き，部活（理科学部）の時間を利用して作っています．

顧問の先生は化学が専門らしくあまりわからないようだったので，この掲示板に書き込んでみました．

そうですね，隙間をいかになくそうか考えていたのですが時間がきてしまったので今日は撤収しました． でもアドバイスをいただき，明日，実験するのがすごく楽しみになってきました．もう一度作成してみます．

本当にありがとうございます．

追伸：オシロスコープはちょっと見たことがありませんがノギスなら借りられると思います．

なんとなく さんのレス (2008/08/29(Fri) 11:13)

お邪魔します． 私も高校時代は理研部と言う部で，好き勝手な実験してましたね（遠い目）． やりとりを読んでいて，腑に落ちないことだらけなんですが，市販のコンデンサーでどんな結果になるか，試してみられましたか．

市販のコンデンサーを大きく分けて，電解コンデンサーとそれ以外とすると，電解コンデンサーは数〜数百μF，それ以外は恐らくpFの容量単位です．電解コンデンサは大容量と言えますし，充放電の実験がテスターで目に見えて行えます．しかし小容量ではテスターには電力不足で，メーターを駆動できない可能性が高いと思いますね．このような空気絶縁タイプでは頑張ってもPFの単位だと思います． コンデンサーは充放電中は『過渡現象』と呼ばれる，変位電流により電流が流れますが，それ以外では絶縁（抵抗無限大）の筈です．抵抗値があるということは電流が流れています．しかし，ショートなら抵抗は０です．針で突いたような接触でもまず０になります． 途中から割り込んで申し訳ないですが，実験の詳細が不明なので具体的な提案は書けませんが，良ければもう少し詳しく分かれば，一緒に考えられそうです．

mNeji さんのレス (2008/08/29(Fri) 13:03)

＞（４）静電容量の概算はアルミの面積が２５×１５ｃｍで極板間間隔は１００μです．誘電率は真空誘電率を用い，アルミは１０枚くらい重ねているので概算はC＝３．４×１０〈−３〉μF×１０＝３．４×〈−２〉μFくらいだと思います．

なるほど，結構な容量が出そうですね．此れぐらいなら，ショートせず，空きもそこそこに押さえられれば，なんとかなるように思います．

なお，テスターの両端どうしをショートすると抵抗値はどれくらいになりますか？

また近くのお店で「0.01μFぐらいの本物のコンデンサ」を買って来て，テスタに接続したり，逆に接続したりしてみると面白いと思います．

高校生 さんのレス (2008/08/29(Fri) 23:28)

どーもこんばんは，高校生です．

今日も色々と試行錯誤しましたが残念ながらうまくいきませんでした．

なんとなくさん，ありがとうございます．そして一昨日から様々なアイディアをくださるmNejiさん，ホントにありがとうございます．

学校にあった１Fと０．１Fのコンデンサーではちゃんと電流計が動いていました．時間経過とともに電流値が減少していっていたので，充電してるんだなーと感じました．ただ電気容量の小さいコンデンサーでは試していません．日曜にでも購入したいと思います． なるほど，あまりにも小さい電気容量だとテスターで測定できないんですね． 根気で１００枚くらい重ねればできますかね．

テスターどうしをショートはまださせていないので明日ご報告します．

ちなみに実験方法は （１）ラミネート紙の間にアルミホイルをはさむ． （ラミネート紙→アルミホイル（右側はみ出す）→ラミネート紙→アルミホイル（左側はみ出す））を繰り返し，１０枚くらい重ねる． （２）はみ出したアルミホイルを左側は左側，右側は右側とまとめる（コンデンサーの完成） （３）直流電源装置と電流系，抵抗（２０Ω），コンデンサーを直列に接続する． といった感じです．ここで電流が流れ，時間経過とともに減少していけば充電成功と考えています． （４）直流電源を外し，電流計の値を単位時間ごとに読みグラフより，コンデンサーより放出した電荷を求める． （５）測定した電流値と抵抗値を用いて抵抗にかかる電圧を求める．（２点） （６）コンデンサーの基本式Q=CΔVに代入し，（４）のQと（５）のΔVよりを求める．

といった感じで考えています．市販のコンデンサー（０．１F）では検証済みです．成功しました．

後は断面積の大きさを変化させてみたりと考えています．

スチーム さんのレス (2008/08/29(Fri) 23:54)

興味深く実験経過を読ませていただきました． 昔，オイルコンデンサーを分解したことがあります．多分３μFくらいと思います．トイレットペーパーのようにすごい量のアルミ箔と油紙の巻物でした． 自作では，そこまで密な工作物は無理のような気がします． 小容量のコンデンサーで蓄電と放電の実験をやるためには，短時間の現象を読み取るシンクロスコープの助けが必要と思います．また，発信機も必要となるでしょう． 定性的な実験なら，静電気をためるようなものが適当ではないでしょうか． これなら，プラスチックのコップとアルミ箔で簡単に実験できます．

mNeji さんのレス (2008/08/30(Sat) 00:10)

＞市販のコンデンサー（０．１F）では検証済みです．成功しました．

これは良い着目点ですね．でも０．１Fは大きすぎると思います．もっと小さな値のコンデンサはないですか？例えば，0.1μF位のとか．具体的に数値比較をすると

C予測値〜0.03x10^(-6)F=3x10^(-8)F C比較値＝０．１F=1x10^(-1)F

物理に限らず，日常生活のなかで現れる量は，10倍も違えば大騒ぎになりますね．物理の測定量だって，10^7倍＝1千万倍も違うというのは余りにも「桁外れの差」ですよね．

それとコンデンサの電極間の抵抗値は何れくらいですか？

なんとなく さんのレス (2008/08/30(Sat) 12:57)

こんにちは．

楽しそうですね（笑）． 実験系はしっかりしていますね．やはり，容量が小さいときの工夫が要りますね． ファラッドという単位はコンデンサーでは極めて大きい値です．最近，超大容量コンデンサーが開発されていることは知っていましたが，昔は考えられなかった進歩です．容量が小さいと，勿論帯電量も少なく，時定数（充放電にかかる代表的時間）が小さくなり，目視で時間変化を見ることは難しいと思います． 結局，この時定数を測定することになるでしょうから，オシロスコープがあれば望ましいでしょうが，無ければ交流発信器でインピーダンスを測定する方法も考えられるかもしれません．工夫次第ですね． スチームさんが書かれているように，何百層のオイルコンデンサ（空気の代わりにオイルを挟んで，容量を上げたもの）でさえ，やっとμFですから，10層くらいではかなり小さいでしょうね．結局，測定系を考える必要があります．