親子で楽しもう電気回路図!夏休みの自由研究・工作に電気設計を

子どもにとって夏休みは、思い出がたくさんつくれる特別な時間です。しかし、夏休みにつきものなのが宿題。そのなかの自由研究だけでも、親子で一緒に取り組み楽しい思い出にしたいですよね。今回は子どもと一緒に楽しめる、電気回路図を使った自由研究テーマを紹介します。

夏休みの自由研究に電気回路図を

夏休みの宿題につきものの、自由研究や工作。ここはひとつ、親のかっこいいところを見せながら、一緒に楽しんでしまいましょう。

2020年からは小学校で、プログラミング教育が必修化されます。プログラミングと電気回路は共通点も多く、回路図を通してプログラミングの理解を深めていくこともできます。

そこで、小学校低学年からできる電気回路図を使った自由研究を3つ紹介します。

1.3色LEDで3分岐回路と光の実験

3色LEDを使い、光の組み合わせで色の見え方が変わる実験装置です。装置は簡単ですが、実物と回路図を同時に発表することで電気回路についての理解が深められる、面白い実験です。

必要なもの

  • 厚紙 
  • アルミテープ
  • フルカラーLED(カソードコモン)
  • ボタン電池
  • ホチキス

1. フルカラーLEDには4本の足があります。このうち一番長いものがコモン(共通極)です。コモンとほかの3本の足を反対方向に曲げ、さらに3本の足は少し広げ、鳥の足跡のような形にしておきます。

2. アルミテープは5mmほどの幅に細長く切ったものを数本用意します。

3. ボタン電池のマイナス極が触れるための部分を厚紙に貼り付けます。

4. プラス極側も同様に行います。マイナス極側のアルミテープとプラス極側のアルミテープが接することを避け、交差するように貼り付けて下さい。

5.マイナス極側のアルミテープの端に、フルカラーLEDのコモンを固定します。フルカラーLEDの足とアルミテープを、ホチキスで挟み込むように固定します。

6. コモン以外の3本足も、ホチキスで厚紙に固定します。このときなるべく根元を固定するようにし、ホチキスの針がそれぞれ接しないように注意して下さい。

7. 3本足それぞれの下にアルミテープを貼り付け、さらにこの3本のアルミテープをまたぐようにアルミテープを貼ります。またいだアルミテープから、ボタン電池のプラス側までアルミテープでつなぎます。アルミテープを重ねて貼った部分にはホチキスを打ち、確実に接触するようにしておきます。

これで装置の完成です。これを電気回路図にすると次のようになります。

jiyukenkyu1.jpg
フルカラーLEDの3本足がそれぞれスイッチになっていて、どれかを押してアルミテープに触れさせると赤・緑・青に光ります。赤と青を同時に押すと紫に、赤と緑を同時に押すと黄色に、といったように、光の3原色の組み合わせでさまざまな色になり、つくった後も楽しく遊べる実験装置です。

フルカラーLEDはインターネット通販でも簡単に購入できます。ほかの材料も身近なものでつくれるのでおすすめです。

2.自己保持回路で回るルーレット

次はリレーを使って自己保持回路をつくる実験装置です。スタートボタンを押すとルーレットが回転を始め、ストップボタンを押すとルーレットが止まる装置です。

必要なもの

  • リレー(12V用)
  • リレー用ソケット 
  • 押しボタン(a接点型) 
  • 押しボタン(b接点型)
  • 工作用モーター 
  • 電線 
  • 乾電池×8本 
  • 8本入り電池ケース 
  • 厚紙 
  • テープ

ここでは例として、オムロンのMY2というリレーを使います。

1. 厚紙を円盤状に切り、ルーレットをつくります。中央に穴を開け、モーターの回転軸にテープで固定します。

2. 乾電池のプラス極から押しボタン(a接点型)、押しボタン(a接点型)から押しボタン(b接点型)へとつなぎます。また別の配線で、乾電池のプラス極からリレーのa接点(5番)、リレーのa接点(9番)から押しボタン(b接点型)へとつなぎます。

3. 押しボタン(b接点型)からリレーのコイル(13番)へとつなぎます。

4. リレーのコイル(14番)から乾電池のマイナス極へとつなぎます。

5. 乾電池のプラス極からリレーのもうひとつのa接点(8番)へ、リレーのa接点(12番)からモーターへとつなぎます。

6. モーターから乾電池のマイナス極へとつなぎます。

これで装置は完成、回路図は下のようになります。 

jiyukenkyu2.jpg
スタートボタンを押すと、ストップボタンを押すまでモーターが回り続け、ルーレットで遊べます。

制御の基本である自己保持回路を学ぶことができ、「この条件を満たせばこのようなことが起こる」というプログラミングの基本も学べる実験装置です。

3.インターロックのあるミニエレベーター

モーターによって糸を巻き取り、手づくり昇降装置を上下させる装置です。

必要なもの

  • リミットスイッチ(マイクロスイッチ)×2個 
  • 押しボタン×2個  乾電池×8本 
  • 8本入り電池ケース  リレー×2個 
  • リレー用ソケット×2個 
  • ダンボールまたは厚紙 
  • 竹串 

1. ダンボールや厚紙と竹串、糸を使ってエレベーターの模型をつくります。

2. モーターの回転軸に糸の端をテープで固定します。

3. 上昇限と下降限にマイクロスイッチを固定します。

4. 押しボタン2個を上昇ボタン・下降ボタンとして、ふたつのリレーを使いインターロック回路をつくります。接続方法は、回路図の見方を少し覚えた子どもなら自分でできるかもしれません。

回路図は次のようになります。

エレベーター回路修正re.jpg

これで上昇ボタンを押している間に下降ボタンを押すと、電路が遮断されモーターが止まる仕組みができます。

インターロック回路図を書いて、条件により上昇と下降が同時に行われない仕組みを研究できる実験装置です。普段身のまわりで使われている電気回路には、安全のためにさまざまなインターロックが組み込まれていることも教えてあげましょう。

電気回路図を親子で楽しもう!

夏休みの自由研究や工作に使えて、電気設計をしている親のかっこいいところを見せられる、楽しい実験を3つ紹介しました。

実験を通して、電気回路と電気設計の楽しさを親子で共有できたら、きっとすてきな夏休みになりますよ!

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