圧電素子を利用した直流と交流の違いを理解する実験教材

電気信号である直流と交流を学び、特に交流信号について理解を深めることができる教材開発を目的とする。圧電スピーカー、圧電素子に着目し、交流信号を使って圧電スピーカーから音を出す。信号の違いにより音が変化することも理解してもらう。そして、身近にあるものを利用することで、再生可能エネルギーや太陽光発電などの様々な発電方法を知るきっかけにもしてもらう。普段目に見えることのない電気の流れをオシロスコープを用いて見える化し、LEDを用いて製作した発電機で発電できていることを実感してもらう。
※中学校学習内容との関連→「電流の性質」(身近なものを用いて直流と交流の違いを学ぶ)

90分の対面授業を想定し、講義、実験を行う。
1.直流と交流の発電の違いと、周波数についての説明(約5分)
2.再生可能エネルギーと色々な発電方法、圧電スピーカーについての説明(約10分)
3.オシロスコープの説明(約5分)
4.圧電スピーカーを用いた電子オルガンの作製と実験(約30分)
5.直流と交流の発電装置の作製(約30分)
6.直流と交流の発電装置の実験(約10分)

電気工学の分野だけ、もしくは再生可能エネルギーのみの教材・講義プログラムは多いだろうが、これは両分野を同時に学ぶことができる。身近にある圧電スピーカーを利用し発電を行うことで、新しい発電方法に興味をもってもらえる。「知識を身に着け、作製を行う。そして実験を行い、理解を深める。」というように、直流と交流についてスムーズに理解を深めることができる。基本的に簡単にできる作業ばかりなので、中学生にもスムーズに楽しみながら実験してもらうことができる。

• 電気の基礎
• パワーエレクトロニクス