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実験

温度差(おんどさ)利用(りよう)して発電(はつでん)!? 温度(おんど)電気(でんき)実験(じっけん)

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「ペルチェ素子(そし)」は、電流(でんりゅう)(なが)すと温度(おんど)()わるふしぎな装置(そうち)電気(でんき)(とお)すと(つめ)たくなるネッククーラーや小型(こがた)冷温(れいおん)()など、身近(みぢか)なモノにも使(つか)われているんだ。このペルチェ素子(そし)使(つか)って、温度差(おんどさ)利用(りよう)した発電(はつでん)実験(じっけん)をしてみよう!

実験(じっけん)のようすを動画(どうが)でチェック!

この実験(じっけん)のやり(かた)やようすは動画(どうが)でも紹介(しょうかい)しているよ。チェックしてみてね!

 

用意(ようい)するもの

・ペルチェ素子(そし)今回(こんかい)使用(しよう)したのは電圧(でんあつ)12V・40×40mmのもの) ※矢印(やじるし)(しめ)しているもの
手回(てまわ)発電機(はつでんき)
・みのむしクリップ()きコード(2(ほん)
()やした保冷(ほれい)(ざい)
・ソーラーモーターとプロペラ

ペルチェ素子(そし)はオンラインショップなどで購入(こうにゅう)できる。

実験(じっけん)その①】ペルチェ素子(そし)電気(でんき)(おく)ってみよう!

ペルチェ素子(そし)手回(てまわ)発電機(はつでんき)をつないで電流(でんりゅう)(なが)すと、本当(ほんとう)温度(おんど)()わるのか実験(じっけん)してみよう。二人(ふたり)でやると実験(じっけん)しやすいよ。

[1]

みのむしクリップ()きコードで、(した)写真(しゃしん)のようにペルチェ素子(そし)のコードと手回(てまわ)発電機(はつでんき)のコードをつなぐ。(ねん)のため、つないだ部分(ぶぶん)どうしがふれないように、(はな)しておく。

[2]

一人(ひとり)が、ペルチェ素子(そし)(した)写真(しゃしん)のように指先(ゆびさき)ではさんで()つ。

[3]

もう一人(ひとり)が、手回(てまわ)発電機(はつでんき)(まわ)して発電(はつでん)し、ペルチェ素子(そし)電流(でんりゅう)(なが)すと――

[4]

()()には変化(へんか)がないようだけど……ペルチェ素子(そし)片方(かたほう)(めん)(つめ)たくなった! そして、反対(はんたい)(めん)(あたた)かくなったよ。

[5]

そのまま、手回(てまわ)発電機(はつでんき)(ぎゃく)(まわ)してみよう。
手回(てまわ)発電機(はつでんき)(ぎゃく)(まわ)すと、発電(はつでん)する電流(でんりゅう)()きが(ぎゃく)になる。ペルチェ素子(そし)温度(おんど)変化(へんか)はどうなるかな?

どうしてこうなるの?

1834(ねん)、フランスの物理(ぶつり)学者(がくしゃ)ペルチェが、2種類(しゅるい)金属(きんぞく)()わせた部分(ぶぶん)電流(でんりゅう)(なが)すとその部分(ぶぶん)吸熱(きゅうねつ)放熱(ほうねつ)発生(はっせい)する「ペルチェ効果(こうか)」を発見(はっけん)したよ。このペルチェ効果(こうか)使(つか)って、電流(でんりゅう)(なが)すと温度差(おんどさ)ができるようにしたのがペルチェ素子(そし)なんだ。

今回(こんかい)実験(じっけん)使用(しよう)したペルチェ素子(そし)は、2種類(しゅるい)金属(きんぞく)のかわりに、2種類(しゅるい)半導体(はんどうたい)というものを使(つか)っている。

実験(じっけん)その②】ペルチェ素子(そし)発電(はつでん)してみよう!

実験(じっけん)①とは(ぎゃく)に、このペルチェ素子(そし)(あたた)めたり()やしたりすると、どうなるだろう?

[1]

ソーラーモーターの(じく)にプロペラをつける。

[2]

ソーラーモーターとペルチェ素子(そし)をみのむしクリップ()きコードでつなぐ。

[3]

ペルチェ素子(そし)()やした保冷(ほれい)(ざい)(うえ)にのせ、ペルチェ素子(そし)(した)(めん)()やす。

[4]

ペルチェ素子(そし)(うえ)(めん)()(ひら)()()てて、(あたた)めると――

[5]

ソーラーモーターにつけたプロペラが回転(かいてん)した! ペルチェ素子(そし)片面(かためん)()やし、(ぎゃく)(がわ)(めん)(あたた)めたら、電気(でんき)発生(はっせい)したんだね!

どうしてこうなるの?

エネルギーは「仕事(しごと)をすることができる能力(のうりょく)」のことで、ものを(うご)かしたり、ものを(あたた)めたりできるのは、エネルギーが変換(へんかん)されるからなんだ。
ペルチェ素子(そし)手回(てまわ)発電機(はつでんき)をつないで電気(でんき)(おく)ったら、放熱(ほうねつ)したり吸熱(きゅうねつ)したりした。このことから、電気(でんき)エネルギーが(ねつ)エネルギーになることがわかったね。そして今度(こんど)は、(ぎゃく)に、ペルチェ素子(そし)()やしたり(あたた)めたりすることで電気(でんき)発生(はっせい)させることもできた。このことから、(ねつ)エネルギーが電気(でんき)エネルギーになることもわかったね。

この実験(じっけん)では、さらに、発電(はつでん)した電気(でんき)でソーラーモーターを(まわ)すこともできた。つまり、電気(でんき)エネルギーが運動(うんどう)エネルギーに()わったんだ。

発展(はってん)

【その1】ペルチェ素子(そし)使(つか)って発電(はつでん)できる場所(ばしょ)は?

ペルチェ素子(そし)両面(りょうめん)温度(おんど)の「()」をつけると、電気(でんき)発生(はっせい)することがわかったね。この性質(せいしつ)利用(りよう)して発電(はつでん)できる、「温」と「冷」が両方(りょうほう)ある場所(ばしょ)はどこだろう?
そういう場所(ばしょ)()つけることができれば、発電(はつでん)利用(りよう)できるかもしれないね。

【その2】エネルギーの変換(へんかん)について調(しら)べてみよう!

エネルギーは、(ねつ)エネルギーや運動(うんどう)エネルギー、(ひかり)エネルギーや電気(でんき)エネルギーなど、さまざまな形に変化(へんか)することがわかったけど、この性質(せいしつ)利用(りよう)して発電(はつでん)しているものにはどのようなものがあるかな? いろいろな発電(はつでん)方法(ほうほう)調(しら)べてみよう。
たとえば、(えき)がたくさんの(ひと)混雑(こんざつ)していることを(ぎゃく)利用(りよう)し、(ゆか)をふむ振動(しんどう)発電(はつでん)する「(ゆか)発電(はつでん)」の実験(じっけん)(おこな)われたことがあるよ。

身近(みぢか)なエネルギーについて(かんが)えてみよう

(いま)、わたしたちはエネルギーを()るために、天然(てんねん)ガスや石炭(せきたん)石油(せきゆ)などを使(つか)っているけど、そのことが、地球(ちきゅう)環境(かんきょう)(おお)きな変化(へんか)をもたらしてもいるんだ。これからは、環境(かんきょう)にあたえる影響(えいきょう)をできるだけ()らしながら、安定(あんてい)して利用(りよう)(つづ)けられるエネルギー(げん)利用(りよう)方法(ほうほう)をもっと(かんが)えていかなければいけない。
たとえば、温度差(おんどさ)自然(しぜん)にも発生(はっせい)するものなので、ペルチェ素子(そし)のように(ねつ)エネルギーを電気(でんき)エネルギーに変換(へんかん)できる装置(そうち)利用(りよう)すれば、自然(しぜん)にあるエネルギーを活用(かつよう)できるはずだ。このほかにも太陽(たいよう)(かぜ)などの自然(しぜん)(ちから)利用(りよう)したエネルギーは「再生(さいせい)可能(かのう)エネルギー」といって、地球(ちきゅう)環境(かんきょう)にあたえる影響(えいきょう)(ちい)さく、近年(きんねん)とても注目(ちゅうもく)されているよ。
ほかにもこうした自然(しぜん)のエネルギーを利用(りよう)できるものがないか、調(しら)べたり(かんが)えたりしよう!

まとめ(かた)

この自由(じゆう)研究(けんきゅう)興味(きょうみ)をもったきっかけや実験(じっけん)方法(ほうほう)結果(けっか)、わかったこと・調(しら)べたこと・工夫(くふう)したことなどをまとめよう。
また、ペルチェ素子(そし)利用(りよう)している身近(みぢか)なモノについて調(しら)べたり、ペルチェ素子(そし)利用(りよう)できそうな場所(ばしょ)やモノについて(かんが)えたりしたことなどをまとめてみてもいいね。

参考(さんこう)

エネルギーについてもっとくわしく()りたい場合(ばあい)は、以下(いか)のサイトを参考(さんこう)にしてみてね。ワークシートもダウンロードできるよ。

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