冬休みの自由研究で風力発電に挑戦！モーターと電球の関係も調べたよ！

自由研究って、夏休みだけじゃないの！？

まさか、冬休みにもあるなんて・・・。

ということで、本人の希望もあり、モーターを使った風力発電に挑戦しました。

電圧や抵抗といった内容になると小学生には少し早いかもしれません。

今回は小学４年生の研究なので、そのような難しい理論を知らなくてもわかるレベルでまとめております。

自由研究テーマに悩まれている方向けに、ご紹介がてら記事にしております。

研究テーマ：風の力で電気が起こせるか？

電気を起こす道具として、モーターを準備します。

電球をモーターに接続し、モーター軸を回転させ、電球が点灯するれば、電気が起こったと判断します。

電球は、低電圧LED球、むぎ球、豆球の３種類を準備し、それぞれの電球が点灯するかどうかを判断し、違いがあるかについても調べてみます。

結論の仮説

まず、結論の仮説をたてることにしました。

娘がたてた仮説は、

仮説（１）：風の力でモーターを回転させることで、電気は起こせる

仮説（２）：モーターが回転すれば、いずれの電球も点灯する

です。

表にすると以下のようになります。

	低電圧LED	むぎ球	豆球
モーターが回転する	○点灯	○点灯	○点灯

 

この仮説が正しいかどうか、実験で証明を試みました。

実験の方法

 

こちらを参考に、モーターに厚紙で作った羽を両面テープでくっつけます。

学校への提出用に見栄えをよくするなら、紙コップと空き箱を使って土台と電球を固定するとよいでしょう。

作った装置は👇です。

ソケットがある方で、豆球と低電圧LED球の両方の実験が可能です。

ストローで厚紙の風車部分に息をあてることでモーターを回します。

さて、結果はどうなったでしょうか？

実験の結果

結果は、以下のようになりました。

	低電圧LED	むぎ球	豆球
モーターが回転する	○点灯	✕消灯	✕消灯

LED低電圧球のみが点灯しました。

この結果は、小学校４年生の娘が実施した結果です。

仮説（１）は正しいことがわかりました。

ただし、

仮説（２）は、違うという結果になりました。

どうして、むぎ球や豆球は点灯しなかったのか？

理由を聞いてみると、大人が息を吹きかけることでモーターの回転数を増やせば、むぎ球や豆球が点灯するのではないか？

という新たな仮説が浮かび上がりました。

仮説（３）：風車部分にあてる風を強くし、モーターの回転数を増やせば、むぎ球や豆球も点灯する

そこで、大人が吹きかけた場合（風力大）と子どもが息を吹きかけた場合（風力小）で電球が点灯するかについても調べてみました。

結果は、以下のようになりました。

	低電圧LED	むぎ球	豆球
大人（風力大）	○点灯	○点灯	✕消灯
小人（風力小）	○点灯	✕消灯	✕消灯

さすがに大人（PaPa）が息を吹きかけると、勢いよく「ブーン！」と音を立ててモーターが回転し、小人では点灯しなかったむぎ球が点灯しました。

残念ながら、PaPaの力でも豆球は点灯しませんでしたが、ブロアーを使って更に回転数を増やすと豆球も点灯しました。

この結果から、

仮説（３）は、正しいことがわかりました。

研究結果：風の力で電気は起こせ、風の力で電気の強さも変わる

 

 

（参考）その他、実験でわかったこと

※ここからの記事は、上級編になりますので、上記実験よりさらに深掘りしたい方向けになります。

さらに、モーターを変えてみるとどうなるかを実験してみたので、その結果も掲載しておきます。

先のモーター（HK-M140H）より小さいモーターと大きいモーターを用意し、電球の点灯しやすさを比較しました。

小型：HK-M130H　https://amzn.to/3X48De9

大型：HK-M260H　https://amzn.to/3k5NiCB

結論、どちらもむぎ球を点灯させることができませんでした。

小型のHK-M130Hでは、よりモーターの回転数が必要になります。

大型のHK-M260Mでは、モーターを回転させる力が必要になりストローの息では早く回せませんでした。

このことから、実験に使用するモーターは、HK-M140Hが適切です。

あと、実験の参考にした日本ガイシさんのページでは回路をショートさせると紹介されていますが、ショートをさせると発電しやすくなるのですが、その分、風車を回転させにくくなることがわかりました。

そのため、本実験では、ショートはさせない回路で実験を行いました。

電球の種類によって発電しやすさが変わることがわかりましたが、発電しやすい＝風車を回転させやすい。

という結果が、追加での新たな発見となりました。