今、物理の卒業研究(高3)で、発電機を使って、パンを焼こうっていうプロジェクトを進めているのですが、自転車の発電機を使って電圧(V)を測定した所、たったの15Vから20Vしかなかったです。
 そもそも、トースターで、パンを焼くのには、一枚どれくらいの電力が必要なのですか?あと、パンを焼けるようにするためにWの量を多くしろと勧められたのですが、それにはどうすればよいのですか?ただ、発電機の個数を増やして、直列につなげばよいのでしょうか?でも、それで果たして、パンを焼けるほどの電力が得られるのでしょうか?
 行き詰まっているので、どんな情報でもよいので教えてください。

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A 回答 (5件)

ワットは仕事率の単位で,単位時間あたりのエネルギーですから


ワット数を大きくするにはもとのエネルギーを大きくするより
方法がありません.
ここらあたりは,sailor さんが書いておられるとおりです.

前に「人間の発電量」
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=41661
という質問がありまして,私(siegmund)と stomachman さんが人間の発電量の
見積もりをやっています.
そこでの私の見積もりでは,「人間は0.3馬力くらい」と書いていますが,
あれはある程度鍛えた人間の短時間パワーです.
たとえば,人力飛行機などのときの評価です.
パンを焼くとなると,ある程度時間がかかりますからそんなにパワーは
出せそうもありませんね.
0.2 馬力としますと,1馬力は約0.74kWですから,
人間の仕事率は 150W 位ですか.
おおざっぱなところでは,私と stomachman さんの見積もりはコンシステントです.

あと,発電効率がかかりますね.
自転車のタイヤに押しつけるタイプの発電機はどうも効率がかなり悪そうです.
6W 程度の自転車のランプをつけるだけでずいぶんペダルが重くなりますからね.
ハブに組み込んだタイプはもっと効率がいいらしいですね.

総合して,人間一人では 100W は多分行かないんではないかとおもいます.
50W とかそんなものかな~?
でも 50W だと,タイヤ押しつけ型発電機を8個つけるということか.
ペダル重そう,大丈夫かな?
まあ,これは kaering さんが,電圧だけでなくて電流も測って見れば
すぐわかることです.

具体的方法は sailor さんの方式が簡潔でいいように思います.
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momasさんからご指摘がありましたが、実は私も自動車用発電機とインバーターという構図をまず思いついたのですが、人力でという事のようなのであえて投稿を控えさせていただきました。

確かに自動車用発電機であればトースターの1台くらい十分に使用できる電力を起こせますが、駆動装置(たぶん自転車等を改造して使用すると思いますが)の効率やオルタネーターの効率を考えると、2馬力から3馬力程度必要になり人力での駆動は少々無理があるのではと思ったのです。またオルタネーターでは最初に発電を開始するまでは外部の電力によって励磁してやる必要もある事などを考え、回路の複雑さや発電原理も高校生の物理で習得する範囲を超えてしまうような気がしました。

ここで、keronyanさんの提案をみて考えたのですが、高校の物理の実験であれば、実験用のニクロム線を利用して発電機1つで赤熱させられる長さにニクロム線を調整し、それを複数本並べてパンの面積を覆うようにして、ニクロム線の数だけ自転車と発電機を用意し、大勢でいっせいに発電する方法がもっとも現実的な気がします。それぞれのニクロム線の電圧と電流を計測し、合計して電力を割り出し、焼けるまでの時間も計測しWhの換算するなど、この方が高校生の物理の実験としては適当かと思います。
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この回答へのお礼

面白い、というか一番出来そうな方法ですね。このプロジェクトの趣旨はクラスの方々にパンを一枚焼くのがいかに大変か、ということを示すものなので、このやり方なら、一番よく示せると思います。どうもありがとうございました。

お礼日時:2001/05/05 19:40

別の観点から


製品としてのトースターを使おうとすると大変そうなので、
電器の知識があれば、分解して発熱体(たとえばニクロム線なんか使っている物、セラミック発熱体は難しいかな?)
だけ出して、短くすれば小さなワットでも充分な発熱量が得られると思います。
ただ、長さなどを気を付けないと、短すぎて発熱体が溶けてしまう可能性もあります。
トースターを拾ってきて色々な長さで試してみては。

目的はパンが焼ければ良いんですよね。ならば、200℃程度の温度が得られればいいと思います。
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この回答へのお礼

トースターのほうを改造するなんて、ぜんぜん思いつきもしませんでした。ずっと、発電のほうに力をいれていたので。そんな方法もあるんですね。どうもありがとうございました。試してみたいと思います。

お礼日時:2001/05/05 19:33

自動車用のオルタネータを自転車で回すってのはどうでしょうか?


これならsailorさんの専門ではないかと・・失礼。
(補足などいただければと思いまして・・・。)

たしか冷間時2000回転で60A程度はとりだせたのではなかったかと・・・
60A取り出したときの動力的な抵抗が不明なので自転車では回せないくらい重くなれば無理ですが

でも、600W必要なら10台並べて120V取り出したときに1台あたり6Aあればよいことになりますので。

トースターも温度制御が電子式でなく、単純なバイメタル式であれば直流でも関係なく動作すると思います。

う~んなんだかできそうな気がしてきました。

kaeringさん、ぜひ結果をおしらせください
無責任にわくわくしているmomasでした。
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この回答へのお礼

自動車用のオルタネータっていうのはいくらぐらいかかるのでしょうか?1台当たり、6Aっていうのは、確かに簡単そうですね。この実験が終わるまで、まだまだ時間がかかると思いますが、結果はそれからでよろしいでしょうか?どうもありがとうございました。

お礼日時:2001/05/05 19:37

一般的なトースターの消費電力は400W~800W程度でしょうから、それに見合う電力の供給が必要です。

また、トースターが正しく動作する条件としてAC50Hzまたは60Hzの正弦波で実効値が100Vであるというのが前提です。ただ、自転車の発電機ではこの条件をクリアするのはまず不可能だと思われますので、別の方法をとりましょう。まず、電圧の件ですが自転車の発電機は交流出力のため、ただ直列に接続しても位相が揃えられないので2台で2倍とは行きません。そこで複数の発電機の出力をダイオードで整流し直流電圧を得てそれを直列接続して電圧を上げる方法が手っ取り早いでしょう。ただしそれにしても、自転車の発電機の定格出力って6V・6W程度ですから、15~16台程度直列にする必要があり、パンが焼けるまで全力でこぎつづける必要がありますし、直流100Vの電圧は感電の危険性が大きくあまりお勧めできません。

もうひとつの方法として、トランスを使う方法があります。100V対6Vのトランスを発電機の数だけ用意することになりますが、感電の危険性はかなり減るでしょう。それぞれの発電機の出力をそれぞれのトランスの6V側のタップにつなぎ、どれぞれのトランスの100V側の片方を一つにまとめ、残りの片方からダイオード(すべてのダイオードの向きを揃えること)を経由して一つにまとめます。これで理屈の上では直流100Vが得られます。この場合でもやはり発電機は15台以上は必要でしょう。また、トランスを使用する場合むやみに速くこぐより、能率の良い回転数を見つける必要があります。これは、トランスが50Hz~60Hzでもっとも効率よく働くように設計されているためです。具体的にいうと発電機の軸の回転数が毎分1500~1800回転になるようにこぐことが必要になります。
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この回答へのお礼

意外に難しいですね。このプロジェクトは、僕のほかに三人で勧めているんですが、なかなか上手い方法が見つかってない所でした。どうもありがとうございました。でも、トランスや自転車のダイナモを何個も買ってると費用がばかでかくなりませんか?高校生の僕らのおこずかいでたりるものなのでしょうか?あまりお金をかけずに、って言うのは無理なんでしょうか?

お礼日時:2001/05/05 19:30

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自分で磁石とコイルをもちいて発電機を作ろうと考えていますが、
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こんな実験方法がある
回路を用いて装置を作成できるなど
できるだけ詳しい話が聞きたいです。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ANo.2,4 です。

>五分間の総合の電力を測りたい場合はどのような方法があるのでしょうか。
>自分はある一定の電力になったら7セグの数字がひとつ上がっていくっていう回路・・・
時間と表示の関係があるとハードで全て処理すると、複雑になり専用のカスタムICが必要になり素人には困難ですので、PICを使って処理するとかなり複雑なことができます。

PICを使った処理:
1.電圧・電流(または、電力KVA)を絶縁した状態で10VFSに分圧して取り込む
2.PICで約1秒間隔でA/D変換で取り込み電力KVAの掛け算をして表示する。
3.5分間毎の電力をPIC内部メモリに記憶する。
4.SWの切り替えで瞬時(約1秒間隔)か5分間毎の電力か電圧・電流を表示する。
*こんな感じでPICのプログラムとSW・A/D変換を処理すれば可能です。
下記サイトで勉強してみてください。
PICの概要
http://www.picfun.com/picframe.html
(有)秋月電子通商
http://akizukidenshi.com/catalog/c/cpickit/
疑問があればまた別途質問ください。

foobar 様ホールセンサの応用例の紹介有難う御座いました。
若干精度は劣るかも知れませんが、簡易の掛け算器の動作で応用可能ですね。
磁気結合で片側が絶縁できるのでコストも下がりますね。
 

ANo.2,4 です。

>五分間の総合の電力を測りたい場合はどのような方法があるのでしょうか。
>自分はある一定の電力になったら7セグの数字がひとつ上がっていくっていう回路・・・
時間と表示の関係があるとハードで全て処理すると、複雑になり専用のカスタムICが必要になり素人には困難ですので、PICを使って処理するとかなり複雑なことができます。

PICを使った処理:
1.電圧・電流(または、電力KVA)を絶縁した状態で10VFSに分圧して取り込む
2.PICで約1秒間隔でA/D変換で取り込み電力KVAの掛け...続きを読む

Q発電機の電力と回転数、 起電力と電圧と電流、 について

1 発電機の回転数と電力の関係を知りたいと思います。
 調べて考えたところ、回転数に比例して電圧が上がり、結果電流も上がって、一回転の電力は回転速度の二乗に比例する、、ようですが、だとしたら時間当たり出力は3乗に比例する、ということでいいのでしょうか。

2 じつは、今だに起電力と電力と電圧と電流の統合的関係がわかっていません。
 (d磁束/時間)×巻き線=(比例)=電圧と思いますが、(d磁束/時間)が本来の概念として相当するのは電流なのか電圧なのか。
 起電力とは電圧だとしたら、負荷を並列に数を増やすと抵抗が減って、それに応じていくらでも電流を流せるはずという原理になってしまいそうです。
 発電機は他の仕事を電力に変換するはずなのに、電圧か電流の一方の式しか見付けられませんでした。
 仕事=抵抗×ストローク、に相当するものはどうなっているのでしょう。実際の事情でなく原理として知りたいです。

2 の方は暇なときでいいです。1の方は困るというより、わからないと危ういというか。

Aベストアンサー

1.
電力とは単位時間当たりに生み出すエネルギーのことを意味します。
(仕事率と同じ次元になります。単位も仕事率の単位W(ワット)を使用します)
時間当たりの量ですので、1回転当たりのエネルギー量と同じではありません。
回転数を上げると、1回転に要する時間は反比例して小さくなります。
つまり回転数を2倍にすると電力は4倍になりますが、1回転当たりに生み出すエネルギーはその半分、つまり2倍になります。

2.
起電力とは誘導される電圧をさします。
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発電機の出力電力(kW)はバランスしている、という条件でよろしいでしょうか。
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・歯車大にモーターを取り付ける
・歯車小に発電機を取り付ける
・歯車大に取り付けたモーターを回す
・歯車小がたくさん回転する
・発電機はモーターに対してたくさん回転するため、大きな電力が得られる

この特許をとれば、常温超伝導体の発見よりもはるかに高い利益を得られるのではないでしょうか。

Aベストアンサー

不可能です。
各ロスの件もそうなんですが、そもそもモーターのエネルギー以上の発電を行う事は出来ませんよ。
エネルギーってものは力*移動量なんです。
テコの原理を思い出してください。
小さな力で重い物を持ち上げられますね?
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大きな歯車を1回転させれば小さな歯車は5回回転しますが、そのためには小さな歯車をただ回す時の力の5倍の力が必要になるんです。
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平ったく言うと20Wのモーターじゃ力が足りないので100Wの発電機は回せないんですよ。

Q発電機が発電しない!

高校の物理の課題実験で、ウィムスハースト静電発電機を製作し、発電しようとしているのですが、どうやっても発電しません。
本来1~3万ボルトは発電するはずらしいのですが、全く発電しません。
テスターを使って測定しているのですが、0.3ミリボルトほどしか発電していませんでした。

http://www7b.biglobe.ne.jp/~macmade/structure/structure.html

上のサイトを参考に製作しているのですが、全く発電しません。
材質も上記のサイトに載っているものと同じものを使用しています。
(円盤はCDを利用しています。接着剤はエポキシとアロンアルファを使用)

発電できない原因を考えては直しているのですが、直しても全く結果は変わりませんでした。

アナログの電圧計や検流計をつないでも針は微動だにしませんでした(泣)

発電しない原因すらわからない状態です。


「ここが悪いのでは?」「こうしてみたら?」
などの意見お待ちしております。

Aベストアンサー

アナログの電圧計や検流計をつないでも針は微動だにしませんでした

(∩´∀`)∩ワーイ 当たり前なのだ 

 何故なのかウィムスハースト静電発電機は電流は流れても1mA流れません 

 1~3万ボルトで流れる電流はμAですので・・・・内部抵抗が低いアナログの電圧では正確に測れません

 内部抵抗が高い電圧計で測定して下さい

 数MΩの内部抵抗がある

 ・オシロスコープ
 ・電子電圧計

 で測定しないと駄目です



(∩´∀`)∩ワーイ  何故 アナログ電圧計(内部抵抗が低い)のが駄目なのかは課題です。 

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%86%85%E9%83%A8%E6%8A%B5%E6%8A%97
http://toriaezuyattemiru.cocolog-nifty.com/blog/2009/05/post-c153.html

 


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