JP2003090853A - 電場検出装置 - Google Patents
電場検出装置Info
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- JP2003090853A JP2003090853A JP2001325687A JP2001325687A JP2003090853A JP 2003090853 A JP2003090853 A JP 2003090853A JP 2001325687 A JP2001325687 A JP 2001325687A JP 2001325687 A JP2001325687 A JP 2001325687A JP 2003090853 A JP2003090853 A JP 2003090853A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】箔検電器に類する荷電の検出装置は、荷電の極
性の直接判定、動的電場の存在や静的電場の空間的配置
などを認識することができない。特に微小な帯電体、小
領域の静電場の性状を認知するのは困難である。また固
定的な使用が前提で、携帯に不便で、表示も視認され難
い。 【解決手段】絶縁体の容器（１）に電源を含む電流増幅
器（２）を収納し、外部に対をなす電極（３）、表示装
置（４）を配置し、容易に運動させうる形態の装置と
し、装置自身に誘起される誘導電流を増幅し表示させ、
静的、動的電場の性質を認知させる。静的電場では、本
装置と測定対象との相対的な運動に起因する電場の変動
によって、荷電の正負、電場の方向と形状を空間的に認
知させ、動的電場では、本装置を静止させたままでその
性状を認知させる。この手段により微小な帯電体、小領
域の静電場の性状や動的電場の検出が可能となる。
性の直接判定、動的電場の存在や静的電場の空間的配置
などを認識することができない。特に微小な帯電体、小
領域の静電場の性状を認知するのは困難である。また固
定的な使用が前提で、携帯に不便で、表示も視認され難
い。 【解決手段】絶縁体の容器（１）に電源を含む電流増幅
器（２）を収納し、外部に対をなす電極（３）、表示装
置（４）を配置し、容易に運動させうる形態の装置と
し、装置自身に誘起される誘導電流を増幅し表示させ、
静的、動的電場の性質を認知させる。静的電場では、本
装置と測定対象との相対的な運動に起因する電場の変動
によって、荷電の正負、電場の方向と形状を空間的に認
知させ、動的電場では、本装置を静止させたままでその
性状を認知させる。この手段により微小な帯電体、小領
域の静電場の性状や動的電場の検出が可能となる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物理、電気、電子
回路実験用装置、理科教育実験器具、玩具の分野に属す
る。 【０００２】 【従来の技術】本発明に関わる従来の装置は箔検電器に
類する機器である。半導体技術が進歩して、電子回路
は、精密化、微細化、高機能化、高速化して、コンピュ
ーターの利用と相まって複雑化の一途をたどっている。
このような急激な技術の進展によって、電子機器類の動
作は専門家以外には理解しがたくなってきている。一方
教育方法も教具もその進歩に追随し得ないでいるのが実
際である。科学技術の進歩には、原理を体験的に学習し
ながら、それをを支える電磁気学や電気・電子回路に関
する学習を深めることはもちろん、玩具であそぶといっ
た広い意味の教育が必要である。箔検電器は、歴史ある
研究用の実験装置として、また教育用の実験器具として
基本的なものである。物理や電磁気の本でこの装置を取
り上げていないものはほとんどないほど普及していて現
在も主要な教具となっている。しかし伝統的なこの種の
装置も、動的電場の検知が困難で、電荷の正負が特定で
きず、電場の方向が検出できない、小容量の電荷や小領
域の電場の性状の検出に不向きである、壜状のガラス製
容器のため扱いにくい、振動をさけて装置を机上に固定
して使うために用途が限定されるなどの難点がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】現在用いられている箔
検電器に類する機器の難点を除き、これを超える機能を
もち、表示が効果的で簡素な機構、取り扱いや保守が容
易、経済的、安全性が保たれていることなどによって著
しい教育効果をもつことを特徴とする教具の開発が課題
となっている。すなわち、現在使用されている箔検電器
の類は、本来的には荷電体の静的特徴を検出する装置
で、それ自体で正負の判別ができない。また形態的には
固定使用型であり振動を嫌い、表示を小さな形態の箔の
変位に頼っている。そのため電磁気に関する実地教育な
どでは、教育上大きな制約を受けている。本発明は箔検
電器を電気現象の理解を深める現代的な要素をもつ教具
として再登場させ、以上の難点を解消し動的電場を含む
電場の性状が認知できる機能を有するものとするのが課
題である。 【０００４】 【課題を解決するための手段】電荷や電場の性質の一見
抽象的に見える電気現象を視覚化する手段をとることに
よって効果的な教育に資することをねらいとしている。
そのような装置は、次のような条件を具備したものであ
ればよい。帯電部位の極性が判別でき、電場の方向、変
動電場の認知ができ、児童が手にして容易に運動させう
る形状で、確認が容易で明瞭な表示機能、製作が容易な
簡単な構造、非接触で測定でき高感度であり、そして保
守の容易さ、経済性，安全性が確保されればよい。この
解決のために、図１のように、絶縁体の容器（１）内に
電流増幅器（２）を収納し、外部に電極（３）、表示装
置（４）を装着した装置を、測定対象の電荷を帯びた物
体と相対的に運動させることによって電極（３）を含む
導体部に生じた微弱な誘導電流を増幅して明瞭に報知さ
せれば、動的電場のほか、帯電体の正負の判別や方向を
ふくむ電場の空間的な性状を知ることができる。 【０００５】 【発明の実施の形態】図２および図３によって説明す
る。正の帯電体（５）が電極（３）に接近するなどして
電場が変化すれば、電流増幅器等に微弱な電流（６）が
誘起される。これが電流増幅器（２）の特性によって極
性が判別され、表示装置（４）を駆動するために十分な
大きさにまで増幅されて（７）外部に報知される。相対
的運動によって引き起こされる電場を検出する機構のた
めに、一様な電場の内部で電極（３）を電場の方向に運
動させれば最も強く電流が検出され、その運動が電場の
方向に垂直であればほとんど検出されない状態となって
電場の方向もわかる。この装置によってこれまで箔検電
器に類する機器を検出器として行われてきた一連の実験
を、きわめて容易に理解できるように行えるばかりでな
く、静電現象のような静的内容の学習から、これまで数
式による抽象的な理解によっていた変異電流などの動的
な電気現象の重要な内容を、実験によって確認しながら
学習することができる。最も直接的な実施例は以上のよ
うな特徴を生かして授業に利用する場合で、装置の製作
過程を含む理科教育機器として使用できる。また小型の
日用品を扱うように容易に安全に利用できるため、生活
上に充満する静電現象になじむなど教育的玩具として利
用される用途もある。 【０００６】 【発明の効果】本発明によって、電荷が形成する空間や
電子の集団的運動を光や音などを介して感覚的にとらえ
ることができる。このような装置によれば電荷の検出、
電場、力学的な効果、静電誘導や静電分極、コンデンサ
の性質などの物理分野の基本的内容の教育に直接的に資
するばかりでなく、生活範囲にある帯電現象や交流のリ
ークに起因する現象など多様な電気現象を、ほとんど玩
具のようなものとして低年齢の児童から電磁気学の系統
的教育にも役立つ教具となる。また表示や形状を大型化
すれば実験的教育器具として演示に適したものとするこ
とができる。さらに携帯できるため静電現象の入門的な
教育、説明にさいして演示効果を高めることができ、理
科の授業などにおいて実験の準備の簡素化、実験のさい
の取り扱いが容易で、スイッチを必要とせず経済的であ
る。これらの特徴のもとで、静電現象と電子回路の内容
特有の抽象性の克服に著しい教育効果が期待されるほ
か、静的現象と動的現象の両者の溝を埋め電気現象全体
の関係について理解を深めるのに役立つものである。ま
た理科の教育機器としてきわめて簡単な構造のため製作
の過程を教育内容として、多人数による個々人の一斉実
験が可能となり、あらたな教授法の開発がこれによって
可能となる。さらに包装材、繊維など身辺の多様な物質
の帯電の特徴を材料に帯電序列の形成等の創造的な発展
性が期待でき、安価、安全、経済性を特徴とする低年齢
でも利用できる教育玩具として、より広い範囲の科学教
育に役立てることができる。
回路実験用装置、理科教育実験器具、玩具の分野に属す
る。 【０００２】 【従来の技術】本発明に関わる従来の装置は箔検電器に
類する機器である。半導体技術が進歩して、電子回路
は、精密化、微細化、高機能化、高速化して、コンピュ
ーターの利用と相まって複雑化の一途をたどっている。
このような急激な技術の進展によって、電子機器類の動
作は専門家以外には理解しがたくなってきている。一方
教育方法も教具もその進歩に追随し得ないでいるのが実
際である。科学技術の進歩には、原理を体験的に学習し
ながら、それをを支える電磁気学や電気・電子回路に関
する学習を深めることはもちろん、玩具であそぶといっ
た広い意味の教育が必要である。箔検電器は、歴史ある
研究用の実験装置として、また教育用の実験器具として
基本的なものである。物理や電磁気の本でこの装置を取
り上げていないものはほとんどないほど普及していて現
在も主要な教具となっている。しかし伝統的なこの種の
装置も、動的電場の検知が困難で、電荷の正負が特定で
きず、電場の方向が検出できない、小容量の電荷や小領
域の電場の性状の検出に不向きである、壜状のガラス製
容器のため扱いにくい、振動をさけて装置を机上に固定
して使うために用途が限定されるなどの難点がある。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】現在用いられている箔
検電器に類する機器の難点を除き、これを超える機能を
もち、表示が効果的で簡素な機構、取り扱いや保守が容
易、経済的、安全性が保たれていることなどによって著
しい教育効果をもつことを特徴とする教具の開発が課題
となっている。すなわち、現在使用されている箔検電器
の類は、本来的には荷電体の静的特徴を検出する装置
で、それ自体で正負の判別ができない。また形態的には
固定使用型であり振動を嫌い、表示を小さな形態の箔の
変位に頼っている。そのため電磁気に関する実地教育な
どでは、教育上大きな制約を受けている。本発明は箔検
電器を電気現象の理解を深める現代的な要素をもつ教具
として再登場させ、以上の難点を解消し動的電場を含む
電場の性状が認知できる機能を有するものとするのが課
題である。 【０００４】 【課題を解決するための手段】電荷や電場の性質の一見
抽象的に見える電気現象を視覚化する手段をとることに
よって効果的な教育に資することをねらいとしている。
そのような装置は、次のような条件を具備したものであ
ればよい。帯電部位の極性が判別でき、電場の方向、変
動電場の認知ができ、児童が手にして容易に運動させう
る形状で、確認が容易で明瞭な表示機能、製作が容易な
簡単な構造、非接触で測定でき高感度であり、そして保
守の容易さ、経済性，安全性が確保されればよい。この
解決のために、図１のように、絶縁体の容器（１）内に
電流増幅器（２）を収納し、外部に電極（３）、表示装
置（４）を装着した装置を、測定対象の電荷を帯びた物
体と相対的に運動させることによって電極（３）を含む
導体部に生じた微弱な誘導電流を増幅して明瞭に報知さ
せれば、動的電場のほか、帯電体の正負の判別や方向を
ふくむ電場の空間的な性状を知ることができる。 【０００５】 【発明の実施の形態】図２および図３によって説明す
る。正の帯電体（５）が電極（３）に接近するなどして
電場が変化すれば、電流増幅器等に微弱な電流（６）が
誘起される。これが電流増幅器（２）の特性によって極
性が判別され、表示装置（４）を駆動するために十分な
大きさにまで増幅されて（７）外部に報知される。相対
的運動によって引き起こされる電場を検出する機構のた
めに、一様な電場の内部で電極（３）を電場の方向に運
動させれば最も強く電流が検出され、その運動が電場の
方向に垂直であればほとんど検出されない状態となって
電場の方向もわかる。この装置によってこれまで箔検電
器に類する機器を検出器として行われてきた一連の実験
を、きわめて容易に理解できるように行えるばかりでな
く、静電現象のような静的内容の学習から、これまで数
式による抽象的な理解によっていた変異電流などの動的
な電気現象の重要な内容を、実験によって確認しながら
学習することができる。最も直接的な実施例は以上のよ
うな特徴を生かして授業に利用する場合で、装置の製作
過程を含む理科教育機器として使用できる。また小型の
日用品を扱うように容易に安全に利用できるため、生活
上に充満する静電現象になじむなど教育的玩具として利
用される用途もある。 【０００６】 【発明の効果】本発明によって、電荷が形成する空間や
電子の集団的運動を光や音などを介して感覚的にとらえ
ることができる。このような装置によれば電荷の検出、
電場、力学的な効果、静電誘導や静電分極、コンデンサ
の性質などの物理分野の基本的内容の教育に直接的に資
するばかりでなく、生活範囲にある帯電現象や交流のリ
ークに起因する現象など多様な電気現象を、ほとんど玩
具のようなものとして低年齢の児童から電磁気学の系統
的教育にも役立つ教具となる。また表示や形状を大型化
すれば実験的教育器具として演示に適したものとするこ
とができる。さらに携帯できるため静電現象の入門的な
教育、説明にさいして演示効果を高めることができ、理
科の授業などにおいて実験の準備の簡素化、実験のさい
の取り扱いが容易で、スイッチを必要とせず経済的であ
る。これらの特徴のもとで、静電現象と電子回路の内容
特有の抽象性の克服に著しい教育効果が期待されるほ
か、静的現象と動的現象の両者の溝を埋め電気現象全体
の関係について理解を深めるのに役立つものである。ま
た理科の教育機器としてきわめて簡単な構造のため製作
の過程を教育内容として、多人数による個々人の一斉実
験が可能となり、あらたな教授法の開発がこれによって
可能となる。さらに包装材、繊維など身辺の多様な物質
の帯電の特徴を材料に帯電序列の形成等の創造的な発展
性が期待でき、安価、安全、経済性を特徴とする低年齢
でも利用できる教育玩具として、より広い範囲の科学教
育に役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電場検出装置の電極、表示装置、内部の電流増
幅器の構成を示す側面図である。 【図２】本装置の動作原理の説明図である。 【図３】本装置の電流の検出機構を説明する概念図であ
る。 【符号の説明】 １ 絶縁体の容器 ２ 電流増幅器 ３ 電極 ４ 表示装置 ５ 帯電体 ６ 誘導電流 ７ 増幅された電流
幅器の構成を示す側面図である。 【図２】本装置の動作原理の説明図である。 【図３】本装置の電流の検出機構を説明する概念図であ
る。 【符号の説明】 １ 絶縁体の容器 ２ 電流増幅器 ３ 電極 ４ 表示装置 ５ 帯電体 ６ 誘導電流 ７ 増幅された電流
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】図１のような絶縁体の容器（１）に電源を
含む電流増幅器（２）を収納し、外部に対をなす電極
（３）、表示装置（４）を有し、容易に運動させうる装
置によって、装置自身に誘起される誘導電流を増幅し静
的、動的電場の性質を認知するための装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001325687A JP2003090853A (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | 電場検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001325687A JP2003090853A (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | 電場検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003090853A true JP2003090853A (ja) | 2003-03-28 |
Family
ID=19142202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001325687A Pending JP2003090853A (ja) | 2001-09-17 | 2001-09-17 | 電場検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003090853A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1333378C (zh) * | 2005-05-19 | 2007-08-22 | 中国地质大学（武汉） | 通过触摸屏定位的模拟静电场测绘系统 |
| US7915897B2 (en) | 2008-12-19 | 2011-03-29 | Illinois Tool Works Inc. | Foil-leaf electrometer for static field detection with permanently separating leaves |
| US7924018B2 (en) | 2008-12-19 | 2011-04-12 | Illinois Tool Works Inc. | MEMS electrometer that measures amount of repulsion of adjacent beams from each other for static field detection |
| US7940040B2 (en) | 2008-12-19 | 2011-05-10 | Illinois Tool Works Inc. | Foil-leaf electrometer for static field detection with triggered indicator |
| JP6083004B2 (ja) * | 2014-01-24 | 2017-02-22 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | 電界検知出力装置 |
-
2001
- 2001-09-17 JP JP2001325687A patent/JP2003090853A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1333378C (zh) * | 2005-05-19 | 2007-08-22 | 中国地质大学（武汉） | 通过触摸屏定位的模拟静电场测绘系统 |
| US7915897B2 (en) | 2008-12-19 | 2011-03-29 | Illinois Tool Works Inc. | Foil-leaf electrometer for static field detection with permanently separating leaves |
| US7924018B2 (en) | 2008-12-19 | 2011-04-12 | Illinois Tool Works Inc. | MEMS electrometer that measures amount of repulsion of adjacent beams from each other for static field detection |
| US7940040B2 (en) | 2008-12-19 | 2011-05-10 | Illinois Tool Works Inc. | Foil-leaf electrometer for static field detection with triggered indicator |
| JP6083004B2 (ja) * | 2014-01-24 | 2017-02-22 | 国立研究開発法人情報通信研究機構 | 電界検知出力装置 |
| CN107015071A (zh) * | 2014-01-24 | 2017-08-04 | 株式会社白寿生科学研究所 | 电场感测输出装置、电场调整系统以及电场调整方法 |
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