愛媛県総合科学博物館研究報告，!９，２７−３３，（２００４）

事業報告

サイエンスショー「サクレツ！電磁パワー」実施報告
久松洋

二*

A working report of “powerful magnet and electromagnetic force”
Yoji Hisamatsu

It is reported that the substance of the demonstration of magnetic effects in Ehime pref. science museum. We madeuse of the powerful magnet Nd2Fe14B and electromagnetic force induced a powerful electric current. This report
describes constraction of this demonstration, an outline of experimental equipments and ideas of a sefety control.

はじめに

本稿は愛媛県総合科学博物館において，平成１５年３月から６月の間に行われたサイエンスショー「サクレツ！

磁力の効果はよく知られていて，ほとんどの人が磁石電磁パワー」の実施報告である．実験は１回２０分程度行で遊んだ経験がある．しかし，磁石は紙を貼り付けたわれた．来館者一般が対象で，３ヶ月の間に約２００回実り，おもちゃに使われていたりする程度で，たとえば家演された．のどこにあるのか気にしていない．磁石は電気ほど日常
実での利用を意識されていない．磁力の見せる世界は，慣験項

目

れ親しんだフェライト磁石の磁力程度との感覚が一般的である．たとえば，２つの磁石の動きは，確かにどんな・ネオジム磁石体験

磁石を使っても，よく知られている弱い磁石の動きと一・磁石の動き致する．しかし，単純に強力になっただけでも，意外な・電磁石体験事実に出会うことになる．また，なぜ強力な磁石が存在・トムソンリングするのかという単純な疑問もある．興味本位であるので・加速器はなく，強力な磁石は求められている．実際，希土類磁実験の構成と内容

石はフェライト磁石の生産量を超えている．一方で，身の回りにはそのことが見えてこない．この２つは密接に関係して，磁石の本来の利用法を教えている．磁石は器

このサイエンスショーは磁気作用を，永久磁石と電磁具や装置の内部で利用され，強力磁石はその高機能，小石とで対比させながら解説するものである．前半に永久型化に貢献している．

磁石を使った実験を行い，後半では同じことが電流を使

今回のサイエンスショーは，強力な永久磁石と電磁石っても実験できることを示す構成にした．また，導入やを使った実験である．強力さが見せる驚きを体験し，永実験の合間に，電化製品などに潜む磁石利用についての久磁石と電磁石の類似点・相違点を整理することが目的

話題を挿入した．

である．また，永久磁石や電磁石はどこに利用されているか，強力な磁石は何に使われているかを紹介する．永ネオジム磁石体験

久磁石と電磁石の類似点・相似点の整理は，磁石利用をネオジム磁石の強力さを体験することで，なじみ深い理解する手助けになると考えられる．また，強力である磁石の力を見直す機会を与えた．用意した実験は３種ことに起因する見学者への危険性は，製作装置と演示方で，引っ付いた２つのネオジム磁石を引き離す実験，反法で回避する必要がある．本実験でも，見学者又は演示発したネオジム磁石を無理に近づける実験，ネオジム磁者へ危害が及ばない対策を講じた．

石の反発力を試す実験である．
磁石を引き離す実験は，取っ手をつけた２個の大型ネ＊愛媛県総合科学博物館

学芸課

科学技術研究科

Dept. of Science and Technology Ehime Pref. Science Museum

オジム磁石を引っ付けた状態にしておき，観客に引き離してもらった．使用した磁石の強力さを示すと同時に，―２７―

サイエンスショー「サクレツ！電磁パワー」実施報告

磁石の離し方とその意味について触れた．また，ネオジに電流が流れることが確認できることで，電磁石どうしム磁石は強力であるので，怪我をする危険性があるこの反発がありえることを印象づける実験である．と，引っ付いた磁石は力で引き離すことしか方法がないことを説明した．これは，後の電磁石に対する伏線の意

加速器
空芯コイルに大電流を流してつくった磁場に吸い付け味も併せ持つ．
無理に磁石を近づける実験は，リング状ネオジム磁石られることで，鉄片が飛び出すという実験である．
「磁を使用して，リングの軸方向で反発力に逆らって磁石を石の動き」の実験に呼応し，磁力でものが動くところを近づける実験である．引き離す実験ほど力を必要としな見せるものである．荷電粒子を電場で加速させるわけでいので，体重を使わず手の力だけで近づける実験にし，はないので，いわゆる加速器ではないが，鉄片の動きの反発力の強力さを強調する実験にした．

素早さや電流，磁場といった力の類似性から，この名称

反発力を試す実験は，遊びの要素が強い実験で，竿にを使った．また，実際の加速器の話題も紹介した．

通したリング状のネオジム磁石を交互に何段も反発させ実験機材と解説て，その反発力をバネに模してものを飛ばす実験である．フィルムケースのロケットが磁石の反発力で竿から飛び出す仕組みにした．先の２つの実験は力を必要とす

ネオジム磁石を引き離す実験装置（写真１）

る実験なので，低年齢層に体験させることが難しい．低引っ付いた大型のネオジム磁石を大変苦労して２つに年齢層の体験では，コツやヒントを教えても成功せず，引き離した体験から装置を発案した．引き離すための大結局難しいだけの実験になってしまうからである．これ

きな力を体験できて，かつ，コツによって簡単に引き離は，いわばそのフォローの実験であり，単純に高く飛ばせることを目指して製作した．
磁石はボルトに接着させ，境目に金属パテで補強ししたいという欲求が直接現れるので，主に低年齢層に体た．ボルトの他端は，樹脂で成形した取っ手を取り付け験してもらった．

た．これによって，磁石どうしの軸方向への力が強いこ磁石の動きとを体験でき，磁石を中心に２つの取っ手を折り曲げる

磁力を向心力とする円運動を見せる実験である．これことで，簡単に磁石を２つに引き離すことができる．

は，磁力による物体の動きを見せるとともに，最後に行１シーズン数百回の実験を行うと，磁石とボルトの接う磁力による運動の予告に使用した実験である．円形に着部分，および，ボルトと取っ手の接合部分が疲労して配した数個の磁石の近くで磁石の球を転がすと，磁石球破壊された．磁石１つにつき１回ずつ該当部分が破壊さの軌道が円運動に変わる．その様子をカメラで撮してモれ，修繕することになった．また，引っ付くときの衝撃ニタ出力させた．引っ付く，反発する磁石の直線的な運で，磁石の表面被膜が浮き上がり，磁石が破壊した．

動とは違った印象を与えることができた．ネオジム磁石の強力な吸着力が，磁石球を素早く動かすので，視覚的同じ極どうしの磁石を無理に近づける実験装置（写真２）
リング状のネオジム磁石をステンレスの棒に通して反に面白い効果を見せることができた．

発させる．それを手の力で押し込みながら近づける装置
電磁石体験である．磁石の内径にあわせて心棒を選び，なるべく磁電流が磁石をつくることを確認する実験である．コの石がずれないようにした．体重を使うと簡単に近づけら字型の鉄芯にコイル通し，鉄芯の端に鉄柱をかぶせて磁れるため，磁石の両端にクッションをつけ，床に立てる

気回路をつくり，乾電池１本で鉄柱を吸着させる．鉄柱と不安定になるようにした．このことにより，体験者には取っ手がついていて，観客に磁力の強度を体験しては，装置を立てて体重を乗せる方法をあきらめざるを得もらう実験である．乾電池１本で強力な磁石を作ることなくなる．
押しつけて磁石どうしを近づけるコツは特にないが，ができること，電池をはずすと磁石でなくなることを強小学生でも力が強ければ，かなり至近距離まで近づける調する構成にした．

ことができる．体験者とのやりとりでは，このことを利トムソンリング用して，体験者の様子を見て実験の達成度を決めた．積電流による反発磁石を演示する実験である．この実験

極的な体験者には，触れるまで頑張るように煽り，力がは，直流電流による実験ではないので，電磁石の反発を不十分と見て取れるときは，かなり近づいたことで十分表していない．しかし，実験による動きの楽しさから，とした．

トムソンリングで反発の姿を見せることにした．電流を流した瞬間にリングが飛び上がること，LED でリング

―２８―久 松 洋 二

反発力で遊ぶ実験装置（写真３・４）

で，同軸の二次コイルが飛び上がる実験装置である．

ステンレスの棒に，リング状のネオジム磁石を交互に鉄芯は園芸用の細鉄棒を束ねて製作した．二次コイル通し，反発力でバネのような動きをつくった．一番上のは２種のコイルを単純に重ねたものを使用した．２種の磁石の先に，筒状にしたフィルムケースを置き，磁石をコイルとは，飛び上げるためのコイルと LED を点灯さ手で近づけてはじくように放すと，フィルムケースが上せるためのコイルである．ともに，円形に接続した導線に飛びあがる．反発力に対して磁石を押し込む力や手ののコイルである．軽さと大きな抵抗値のために，LED離し方で，飛び上がる高さが変わる．この実験は磁石の点灯コイルには極細のエナメル線を使用し，接着剤で固押し込みに体重を利用するので，低年齢層にも気軽にでめた．飛び上げるためのコイルは，太いスズメッキ線をきる実験である．

使用した．

体験では，磁石を直接手で押し込む方法をとったが，電気回路は，コンセント電圧をトランスで１３０V まで指先に力を入れる必要があったため，多少大変そうに見昇圧させ，手元のスイッチで０．
４秒間電流をタイマー出えた．磁石の反発力は大きく，手を離した瞬間の磁石の力させるものを製作した．

動きは素早い．余分な仕組みで体験者に怪我をさせないための選択であるが，体験装置としてはこの点に改良の加速器（写真９・１０）空芯コイルに大きな電流を流して作った磁場に鉄片が余地があるとも思われる．

吸引されることで飛び出す実験装置である．荷電粒子を磁石の動き（写真５）加速させる装置ではないが，鉄片を加速させて飛び出さ鉄製の板にネオジム磁石を円上に配置し，アクリルのせるという意味において加速器と呼んだ．コイルを手でカバーをかぶせた上で磁石の球を転がす．磁石球の軌道持ち，適当にねらいを定めて鉄片を飛ばすことができは磁力が向心力となって円運動を描く．磁石球の速度がる．演出自身は遊びの要素が強いが，鉄片の動きは電流落ちたところで，磁石球はある一つの磁石へ捕らえられの磁場でしか起こせないものであり，その優位性を解説る．その時，急速に軌道の半径をせばめることで加速すする上でも最後の実験とした．
電気回路は，細山謙二氏（高エネルギー加速器研究機る動きが興味深い．振る舞いが平面的であるので，カメ構教授）考案の制御器を，細山氏指導の下で複製したもラで撮影してモニタで観客に見せる演出をとった．
実験は，カバーの天板と磁石との距離を大きくとって，球が直進することを確かめた後，こんどは距離を縮のである．コイル周辺の形状と射出させる鉄片は，今回のショーにあわせて製作した．

めて，円運動をさせるなど，天板とアクリル板の距離をま調整できるように製作することで演出の幅が広がる．
電磁石体験装置（写真６）とめ

永久磁石と電磁石について，その類似性を指摘する実コの字型の鉄芯に５００回巻きのコイルを通し，取っ手付きの鉄角棒をのせて磁気回路を形成させる．コイルに験である．演出として，強力な磁力を見せることと日常での利用法の指摘を取り入れた．

は単１電池１本を直結させた．スイッチの入切で，取っ磁石自身は馴染みがあるのだが，どこに，何に利用さ手のついた鉄角棒が吸い付いたり，取り外せたりするこれているかを問えば，はっきりと回答できる人は少なかとを体験させた実験である．鉄芯は鉄板の積層成型．取った．身の回りにあるほとんどの電化製品の中に潜んでっ手がついている鉄棒も同様．積層成形後，穴をあけ，いるのだが，気づいている人は少なかった．ショーで行ボルトを改造した取っ手がつくようにしている．この装う実験と関連する磁石の利用や磁石による器具などは，置は，電磁石でぶら下がる実験のために以前製作したも各実験の内容とともに説明するように心がけた．そののを再利用している．鉄芯の規格は，コイルを利用する際，機材が煩雑になるので実物の提示は行わず，主に画ために，教材にあるものと同じにしている．２つの鉄芯像で紹介した．逆に，電化製品に潜んでいる磁石の使用は密着させることで強力に吸着する．電流を切ったあと法から電磁現象を紹介する方法も，十分な意外性を提供

も，残留磁化で簡単にはとれないが，永久磁石の引き離できそうである．
強力な磁力を使用する演出は，磁石を見せる上で重要しのおさらいにもなった．
鉄のかたまりを使うので，重量的に体験には危険がとな要素である．磁石の作用自身には，誰もが慣れ親しんでいるからである．観客は，磁石の作用自身に驚くこともなう．必ず，学芸員が装置を支えるようにした．

はない．自分の予想を裏切るほどの強力な磁力に驚くのトムソンリング（写真７・８）である．このことは，危険な器具を使わなければならな鉄芯に通した５００回巻きコイルに交流電流を流すこといことと同義である．製作・使用した装置類も，安全対―２９―

サイエンスショー「サクレツ！電磁パワー」実施報告策を施している．しかし，直接磁石を引っ付けたり引き離したりする実験に対しては，装置に安全装置はついていない．動きに制限をつけて，体験の面白みを奪いたくなかったためである．そのかわり，取っ手の形や大きさ，磁石と力点との距離，動きのなめらかさなどに留意して製作することで，体験者のストレスを減らす工夫をしている．加えて，装置の危険性や体験方法を説明すること，体験者の動きから目をそらさないことなども徹底した．ショーが終了した後，観客の自由な質問や体験時間の管理，装置撤収の際の事故防止意識も重要である．
これらの総合的な取扱が安全装置に替わると考える．
謝辞

加速器装置を製作するにあたって，高エネルギー加速器研究機構教授の細山謙二氏には，多くの御指導，御助言をいただいた．ここに記して，深く御礼を申し上げます．
参考文献
１）社団法人日本電子材料工業会

http : //www.emaj.net―３０―

久 松 洋 二

写真２ 同じ極どうしの磁石を無理に近づける実験装置．

写真１ ネオジム磁石を引き離す実験装置．
磁石と取っ手をボルトに接続して製作．磁力は接着力をこえるので，磁石周りを金属パテで固定した．それでも，数百回の実験でひび割れを起こした．取っ手は成型用ポリウレタン樹脂．

スライドできるように，２重にしたステンレスパイプにリング状のネオジム磁石を通したもの．磁石は１つのかたまりごと３枚使用．パイプ径と磁石内径をあわせて，ほぼ同軸での反発を実現している．両手で押して反発力を体験する．

写真４ 反発力で遊ぶ実験装置全景．
写真３ 反発力で遊ぶ実験装置．
リング状の磁石を交互に配置して，反発力でバネのような効果をつくり，フィルムケースを飛ばす．装置は台に置き，磁石は手で近づけて離す．体重を使えるので，低年齢層でも実験可能．

支柱であるステンレスパイプの長さは１８００ミリ．フィルムケースをパイプの先まで飛ばすには，手の離し方にコツが必要なので，実験にゲーム性が生じた．

写真５ 磁石の動き実験装置．
スチール板にネオジム磁石を円形に並べた上にアクリル板を置き，ネオジム磁石の球を転がす．磁石球の円運動や下のネオジム磁石へのトラップが観察できる．

写真６ 電磁石体験装置．
５
００回巻のコイルに単１乾電池１本を直結させる．鉄芯には取っ手をつけている．

―３１―サイエンスショー「サクレツ！電磁パワー」実施報告

写真７ トムソンリング制御器．

写真８ トムソンリング用二次コイル．

トランスで１３０V まで昇圧して，０．
４秒導通させる．鉄芯は園芸用の鉄棒を束ねたもの．

跳ね上げるための太い導線と LED 点灯用の細い導線を紙筒に貼りつけている．紙筒は遠くの観客に動きをよく見せるため．

写真９ 加速器制御器．

写真１
０ コイルと鉄片．

コンデンサにためた電荷を空芯コイルへ流す制御器．トムソンリングの制御器同様，事故防止のため，アクリルの箱で覆っている．

空芯コイルは飛ばす方向を変えられるようになっている．鉄片はボルトに鉛筆キャップをつけたもの．キャップは遠くの観客への配慮．

写真１
１ 説明用の磁石模型．
発泡スチレンボードで製作．一辺４００ミリ程度の大型のもので，先に磁石を埋め込んでいるので，モデルとして説明しながら実験にも利用した．

―３２―

久 松 洋 二

図１ トムソンリング概念図．
昇圧した交流をノイズフィルタ（NF），タイマー（T），SSR にとおしてリング用のコイルに導通させる．

図２ 加速器概念図．
コンデンサの電荷を，制御部（A）を介してコイルへ一気に流す．

―３
３―