発電機の仕組み

日本の主要な発電方式のうち、太陽光発電を除く多くの方式で発電機が使用されている。電磁誘導の法則を復習するとともに、発電機がどのような原理・仕組みで電気を発生させているかを理解してもらう。また、火力発電の簡易モデルを示し、回転により発電できることを応用してクリーンで持続可能な発電方法を自由な発想で考えてもらう。

電磁誘導の法則への理解と確認、発電機に電磁誘導の法則が利用されていることへの理解が学習効果として期待できる。達成目標は2点あり、１つは日本の主な発電方式である火力発電を理解し、水力発電、風力発電も同じ原理で発電していることが説明できるようになること。2つ目は地球温暖化の観点から見た火力発電と水力、風力発電の違いが説明できるようになることである。火力発電と水力、風力発電の違いの説明とは、発電時における二酸化炭素の排出の有無ついての説明を指している。
発電機は、電磁誘導の法則より、コイル内の磁束が変化することで起電力が発生することを利用している。この原理を理解するために、簡易発電機モデルを作製し、コイル内の磁石を回転させることにより、LEDが光ることで起電力が発生していることを確認する。火力発電、水力発電、風力発電は、どれも電磁誘導の法則を利用して発電している。これを理解するため、作製した簡易発電機および直流モータにプロペラを付け、蒸気、水、風を用いてプロペラを回転させ、LEDを光らせることにより、火力発電、水力発電、風力発電が同様の原理で発電していることを確認する。

この装置では、発電機の仕組みを原理的に理解しやすくするため、内部構造を視覚的に捉えられる構造とした。これにより、視覚的に発電機の仕組みを理解できる教材となっている。また原理が単純なため、さまざまな発電方式に応用でき、拡張性も高いと思われる。実際に、回転により発電できることを理解した上で、火力発電などの他にどのような方法で発電できるか考えるワークを行う点もアピールポイントである。

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