Arduino UNOを用いた磁気浮遊装置の作成と分析 : 磁界センサによる位置制御と浮遊時の磁界分布

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  • Arduino UNO オ モチイタ ジキ フユウ ソウチ ノ サクセイ ト ブンセキ : ジカイ センサ ニ ヨル イチ セイギョ ト フユウジ ノ ジカイ ブンプ

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[要約]電磁石は電流の大きさや向きにより,その磁力や極性が変化する。電磁石のこの性質は小学校5年で学習し,中学校2年では電流と磁界の関係に焦点を当てた内容を学習する。近年,磁気浮遊玩具が一般に市販され,電磁石により制御された不思議な磁気浮遊が身近な存在になった。このような,非接触の力の存在を印象付ける現象は子どもたちの興味を引き,中学校教科書でも取り上げられた。しかし,市販品は仕組みがブラックボックス化されているため,具体的な学習内容を想起させることは難しい。そこで,理科教材化を念頭に,手作り磁気浮遊装置を一から作成し浮遊の仕組みを分析した。電磁石の電流の制御には磁界センサとつながった簡易マイコン(Arduino)を用いた。さらに,浮遊時の磁界分布を有限要素法で解析した。

[SUMMARY]An electromagnet changes it’s the strength and the directions of magnetic fields depending on the amount of electric current and direction of current. This property of electromagnet is learned in the fifth grade of elementary school. Junior high school 2nd-grade students learn the contents that focus on the relationship between current and magnetic field. Recently, magnetic floating toys are being marketed, and the strange float controlled by electromagnetic forces has become common. Such phenomenon impresses the existence of non-contact force and attracts children's interest so as to appear in science textbooks for junior high school. However, the structure of the commercial products is covered with a black box, so that it is difficult to recall specific learning contents. Therefore, the present author showed the way of making magnetic floating device from scratch and analyzed the mechanism of its levitation in order to develop science teaching materials. A simple microcomputer (Arduino) with a magnetic field sensor was used to control the electromagnet current. Furthermore, the magnetic field distribution during floating was analyzed by use of the finite element method software.

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