原題を控えておくのを忘れました。キーワード「electric」で検索すればみつかるはずです。著者の音訳は、アルフレッド・P・モーガン。
　例によって、プロジェクト・グーテンベルグさまに感謝いたします。
　図版は省略しました。
　以下、本篇です。（ノー・チェックです）

*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍「少年電気技師」の開始 ***
転写者のメモ

本書はGoogleブックスで見つかった原本のスキャン画像から転写したものです。一部の画像は回転しています。複雑な表は画像として扱われています。

本の表紙画像
第 14 章で説明されている装置で構成された男の子用の無線服。
第 14 章で説明した装置で構成された少年用無線装備。ジュニア ダイナモとコヒーラ装備がテーブルの下部に表示されています。
タイトルページ
その

男の子

電気技師

電気設備の実用計画

仕事と遊びのための装置とその説明

日常の電気の原理について。

による

アルフレッド・P・モーガン

著者によるイラスト付き

ボストン

ロトロップ、リー＆シェパード社

著作権 1913、Lothrop、Lee & Shepard Co.

ロンドンのステーショナーズホールに入店

1914年7月発行

無断転載を禁じます

少年電気技師

ノーウッドプレス

バーウィック＆スミス社

ノーウッド、マサチューセッツ州、米国

自立した人々へ

ボーイズ・オブ・アメリカ

未来のエンジニアや科学者は

世界中でこれより優れた人はいない

問題を解決し

若者が直面する

男らしさ、この本

心より

ひたむきな。

少年電気技師
導入
昔々、これは本当の話ですが、ある少年がおもちゃとして鉄道システムを持っていました。小さな電動モーターで動く列車は自動的に走り、信号が上下し、駅に着くとベルが鳴り、列車は再び動き出し、何メートルも続く線路をぐるぐる回って、元のルートに戻ってきました。

少年はうっとりとした目で贈り物を見つめていたが、すぐに表情が変わり、失望のあまり悲痛な叫び声を上げた。「でも、どうすればいいの？」 おもちゃはあまりにも精巧だったので、少年は遊びから完全に取り残されてしまった。もちろん、彼はおもちゃを気に入らなかった。彼の叫び声は、長い物語を物語っている。

遊びにおけるほとんどの少年の第一の本能は、何かを作ったり 創造したりすることです。手元にある材料を使って何かを作り、夢と想像力の力を総動員して何もないところから何かを作り出します。5歳児は、6個の積み木を糸巻き棒と一緒に並べ、これは蒸気機関車だと言います。そしてその通りです。彼は機関車を作り、また創り上げました。彼は機関車を見ていますが、あなたには見えません。積み木と糸巻き棒は彼の創造物の象徴に過ぎないからです。兄に電話の受話器と電線と真鍮の破片を与えれば、彼は無線電信装置を作り、何百マイルも離れた蒸気船が岸に向かってメッセージを綴るのを聞くでしょう。

無線装置は単なる記号ではなく、点と線がささやく音は理解できなくても、動作している音を聞き、目で見ることができるものです。この現代の驚異の神秘があなたの想像力をより強く捉えるようになれば、私たちがますます電気と機械の時代に生きていることに気づくかもしれません。電気は電車を動かし、家や街を照らし、衣服を作り、病気を治し、暖め、料理を作り、そして小さなスイッチを入れるだけで数え切れないほどの仕事をこなします。ただリストアップすることなど不可能です。

ほとんどすべての少年は、電気や電気機器を使った実験を一度は経験するでしょう。本書を執筆した目的は、この科学のワンダーランドを、少年が容易に理解し「何か」をできるようになるような形で提示することです。もちろん、同じ趣旨の本は他にもありますが、それらは目的を達成していません。実用的ではないのです。私が少年時代にこれらの本を読み、研究した経験から、私たちが学びたいと思っていた事柄を、これらの本ははるかに不十分にしか教えられなかったと言えるでしょう。もしこれらの本がこの点で失敗しているとすれば、それは著者の能力不足ではなく、少年の視点から書かれていなかったからでしょう。これらの本は、少年が知っておくべきと考えたことを伝えていますが、少年が本当に知りたいことを伝えるものではありません。本書で説明されている機器は、ほとんどが架空のものです。著者は、少年が古いボルトやブリキ缶を使ってモーターや電信機などを作ることができるかもしれないと考えていましたが、実際に自分で試したことはありませんでした。

私が説明した装置と実験は、少年たちによって製作され、実行されたものです。彼らが抱える問題や疑問は研究され、解決されてきました。私は、少年の視点からのみ考察した実用的な問題を提示し、若い実験者に、彼らが所有している、あるいは容易に入手できる道具や材料を使って何ができるかを示すよう努めました。

科学に興味を持つ少年には、広大な世界が開かれています。科学知識の梯子の一番下から一歩一歩登っていくこと以上に、少年にとって良い教育はありません。それは、時宜を得た時に計り知れない価値をもたらすかもしれない情報を少年に与えるのです。

母親が水差しの糖蜜をボウルに空け、コルクを閉めるのを見ていた少年の姿は、まさにその好例です。母親は、水差しは空だから動かさないでと言いました。しかし、彼は諦めず、水差しをひっくり返しました。糖蜜はもう出ませんでしたが、ハエが 這い出てきました。科学の進歩は決して止まることはありません。発明は発明に次ぐものです。予期せぬ出来事はしばしば貴重な手がかりとなります。今日のエジソンやテスラでさえ、すべてを発見したわけではありません。糖蜜の中にハエがいるのです。粘り強く努力すれば、それを手に入れることができるのです。ひらめきは単なる出発点に過ぎません。成功とは、日々、夜々、週々、そして年々努力を重ねることです。

与えられた指示に忠実に従い、自分の意志で言われた通りに行動する少年など、あり得ません。最初の機会に「逃げ出す」でしょう。指示通りに行動するよう強制されたり、義務付けられたりすれば、その行動には多くの「なぜ？」が伴うでしょう。ですから、以降の章では、 様々なモーター、電信、電話、ラジオ受信機などの作り方を説明するだけでなく、それらの動作の基盤となる電気の原理、そして日常生活で同じことがどのように実現されているかについても説明しました。指示や注意事項を示す際には、必ずその理由を述べました。この情報が、若い実験者の想像力を刺激し、彼が必ず辿るであろう奇妙な道を進むための有益な指針となることを願ってのことです。

アルフレッド・P・モーガン

ニュージャージー州アッパーモンクレア

コンテンツ
少年電気技師

導入

第1章 磁石と磁気

第2章 静電気

第3章 静電気機械

第4章 セルとバッテリー

第5章 電磁気学と磁気誘導

第6章 電気ユニット

第7章 電気設備

第8章 電気測定器

第9章 ベル、警報器、アナウンス装置

第10章 電信

第11章 マイクと電話

第12章 誘導コイル

第13章 変圧器

第5章 無線通信

第15章 無線電話

第16章 電動機

第17章 ダイナモス

第18章 電気鉄道

第19章 ミニチュア照明

第20章 その他の電気機器

完全なプロジェクト・グーテンベルクライセンス

第1条 使用条件およびProject Gutenberg™電子作品の再配布

第2節 プロジェクト・グーテンベルク™の使命に関する情報

第3節 プロジェクト・グーテンベルク文学アーカイブ財団に関する情報

第4節 プロジェクト・グーテンベルク文学アーカイブ財団への寄付に関する情報

第5条 Project Gutenberg™電子作品に関する一般情報。

第 14 章で説明した装置で構成された少年用無線装備。ジュニア ダイナモとコヒーラ装備がテーブルの下部に表示されています。
図 1.—「方位」を示す航海用コンパスのカード。
図2.—棒磁石
図3.—馬蹄形磁石
図4.—鉄粉に浸した磁化針と棒磁石。
図5.—棒磁石の揚力。釘は釘よりも重いため、棒磁石を釘に近づける必要があります。
図6.—シンプルなコンパス。
図7.—簡単なコンパスを作るいくつかの異なる方法。
図8.—ガラスを貫通する鉄釘の引力
図9.—磁気チェーン。
図 10.—同極同士は反発し、異極同士は引き合うことを示す実験。
図11.—磁気ボート。
図12.—浮遊する針で示される、類似の極間の反発。
図 13.—磁石の周りの力の場を示す磁気「ファントム」。
図14.—馬蹄形磁石の周りの磁力線を示す磁気ファントム。
図15.—同極と異極の間の力線。
図16.—シンプルなディッピングニードル。
図17.—電気を帯びたガラス棒は小さな紙片を引き寄せます。
著者の許可を得て「無線通信と電話通信」より引用。 雲から大地への二重雷放電。
図19.—乾いた筆記用紙をこすると帯電することがある。
図20.—猫へのサプライズ。
図21.—紙電気計。
図22.—ピッチボール検電器。
図23.—ダブルピッチボール検電器。
図24.—金箔電気計。
図25.—ワイヤースターラップに通電したロッドを吊り下げる方法。
図26.—同じように帯電している物体は反発し合い、異なる帯電している物体は引き合い合います。
図27.—電気泳動
図28.—電気カエル池。
図29.—シリンダー電気機械の正面図。
図30.—円の中心を見つける方法。
図31.—「ゴム」
図32.—主導体またはコレクター。
図33.—完全なシリンダー電気機械。
図34.—版画をレイアウトするための型紙。
図35.—セクターが配置されたプレートとセクターのパターン。
図36.—ボスの1つの側面図。使用されている真鍮ブッシングを示しています。
図37.—フレーム。
図38.—直立した状態。
図39.—駆動輪と車軸。
図40—ボスと車軸。図を分かりやすくするためにプレートは省略しています。
図41—ボール、コームなどがガラス棒にどのように取り付けられているかを示します。
図42.—櫛またはコレクター。
図 43.—ティンセル ブラシが「中和剤」ロッド上にどのように配置されているかを示します。
図44.—ウィムズハースト電動機械の全体図。BBBB、ブラシ。CC、コーム。DB、放電ボール。II、ガラス棒。H、ハンドル。QQ、象限棒。SSSSS、セクター。SG、スパークギャップ。PP、駆動輪。見やすくするために、いくつかのセクターは示されていません。
図45.—ライデン瓶。
図46.—火薬に点火するための木製の乳鉢。
図47.—電気傘。
図48.—ライトニングボード。
図49.—エレクトリックダンス。
図50.—電気渦。
図 51.—リヒテンベルグの図形。
図52.—ボルタ電池。
図53.—単純なボルタ電池の要素。
図54.—自家製ボルタ電池。
図55.—炭素円筒セルとシリンダー。
図56.—多孔質カップを示すルクランシュセル。
図57.—乾電池。
図58.—乾電池の製造に必要なさまざまな操作。
図59.—厚板から作られた亜鉛炭素要素。
図60.—炭素棒からセル要素を作成する方法。
図61. 2枚の炭素板と亜鉛棒で作られた要素。
図62. 4枚のカーボンプレートを取り付ける方法。
図63.—3つのセル用に配置されたバッテリー要素。
図64.—ウィンドラスを備えたプランジバッテリー。
図 65.—図 63 に示すように、エレメントのセットに適合したプランジ バッテリー。エレメントは持ち上げて「アーム」の上に置いて排水することができます。
図 66.—エジソン・ラランドセル。
図67.—トマト缶セルの断面図。
図68.—トマト缶セル完成。
図69.—異なる電圧と電流値を得るためにセルを接続する2つの方法。
図70.—小型蓄電池
図71.—貯蔵セル用のプレートの作り方。
図72.—木材分離機。
図73.—ストレージセルの完全な要素。
図74.—自家製蓄電池のバッテリー。
図75.—重力セル。これは、亜鉛と銅の要素を硫酸亜鉛銅溶液に浸したものから構成されています。簡単には作れないため、購入するのが最善です。図には、重力セルで使用される星型の銅と「クロウフット」亜鉛の要素も示されています。
図 76.—電線を流れる電流はコンパスの針を偏向させます。
図 77.—コンパスの針の周りにワイヤーのループが形成されると、たわみは大きくなります。
図78.—電流を流す電線上に集まった鉄粉。
図79.—電流が流れる電線の周囲に形成される磁気ファントム。
図80.—数ターンのワイヤーで形成された磁気ファントム。
図81.—実験用にワイヤーを巻いた紙管。
図 82.—磁力線がコイルの側面でどのように電線から「漏れ」、鉄心によってどのように集中するかを示しています。
図83.—電磁石の原理。
図 84.—普通の釘に絶縁電線を巻き付けて電池に接続すると、電磁石になります。
図 85.—釘が簡単に差し込める小さな紙管の周りにワイヤーを巻き付けると、電流が流されたときにコイルが釘を引き込みます。
CR Underhill著「ソレノイド」より許可を得て掲載。プレート磁石、ビレット磁石、インゴット磁石と呼ばれるタイプのリフティングマグネット。
図86.—棒磁石とコイルによって電流がどのように誘導されるかを示しています。
図87.—誘導によって電流を生成するために配置された馬蹄形磁石とコイル。
図88.—直流電流と交流電流のグラフ表示。
図89.—低電圧配線に使用するステープルと木製クリート。
図90.—電灯線を支える磁器絶縁体。
図91.—電信線や電話線を支えるために使用されるガラス絶縁体結合ポストとピン。
図92.—バインディングポストの種類。
図93.—自家製バインディングポスト。
図94.—乾電池のカーボンから取り外された結合ポスト。
図 95.—単純なスイッチ。A、シングルポイントスイッチ。B、2ポイントスイッチ。C、3ポイントスイッチ。D、5ポイントスイッチ。E、端が巻き上げられてハンドルを形成しているレバー。F、スプールの一部から作られたハンドル付きレバー。
図96.—ナイフスイッチ。
図97.—ナイフスイッチの金属部品。
図98.—シンプルヒューズ。A 、プレーンワイヤヒューズを装着したヒューズブロック。D 、マイカヒューズを装着したヒューズブロック。
図99.—避雷器とアース線スイッチ。
図100.—自家製避雷器。
図101.—電話線用避雷装置
図102.— A、ベース、スロットを示しています。BとC、ボビンの側面と上面。D 、ベースとボビンの位置。
図103.—針とポインターの配置。
図104.— A、ベアリング。B 、針の取り付け方法。
図105.—完成したメーター。
図106.—ボビンの詳細。
図107.—ベアリングが見えるようにボビンの一部を切断した図。アーマチュアとシャフトの詳細。
図108.—完成した電圧計。
図109.—電流計と電圧計を校正するための回路。
図110.—簡易コンパスガルバノスコープ。
図111.—ガルバノスコープ。
図112.—無静電気ガルバノスコープ。
図113.—無静的針。
図114.—無静置ガルバノメータ用ボビン。
図115.—完成した無静置ガルバノメータ。
図116.—ホイートストンブリッジ。
図117.—ナイフの接触。
図118.—抵抗コイル。Aは、ワイヤーを二重にしてスプールに巻き付ける様子を示しています。Bは完成したコイルです。
図119.—電気ベルの磁石スプールとヨークの詳細。
図120.—アーマチュアと接触ネジの詳細。
図121.—完成した鐘。
図122.—ベル、バッテリー、プッシュボタンの接続方法を示す図。
図123.—2つのシンプルな押しボタン。
図124.—返信信号のベルシステムの配置方法を示す図。
図125.—盗難警報装置トラップ。
図126.—早起きの人のための時計用電子アラームアタッチメント。
図127.—チェーン電極などの詳細
図128.—アナウンシエータードロップ。
図129.—ドロップフレームとアーマチュアの詳細。
図130.—さまざまな部品を示した典型的な電信キー。
図131.—典型的な電信音響器、さまざまな部品を表示。
図 132.—簡単な自家製電信キー。
図133.—簡単な自家製電信音響装置。
図 134.—2 つの簡易電信局を接続する方法を示した図。
図135.—キーボードとサウンダーで構成される完全な電信セット。
図136.—図135に示した電信装置の詳細。
図137.—1本の線とアース線を使用して、2台の完全な電信装置を接続する方法を示した図。2点スイッチは、線が使用されていないときに電池を回路から切断します。
図138.—リレー部品の詳細。
図139.—完成したリレー。
図140.—リレー、サウンダ、キーの接続方法を示す図。キーを閉じるとリレーが作動し、次にリレーがサウンダを作動させます。
図141.—電信キーの持ち方。
図142.—モールス電信符号。
図 143.—電話受話器とバッテリーに接続されたマイク。
図 144.—ハエの足音も聞き取れる非常に感度の高いマイクロフォン。
図145.—受話器、送信器、電池が直列に接続された電話システム。送信器に話された言葉は受話器によって再生される。
図146.—時計ケース型の電話受話器。
図147.—シンプルな形の電話受話器。
図148.—自家製の電話送信機。
図149.—完全な電話機器。単純な電話システムを構築するには、このような機器が2つ必要です。
図150.—図149に示した電話機の接続図。
図151.—卓上スタンド型の電話機。
図152.—電話誘導コイル。
図153.—各ステーションに誘導コイルを使用する電話システムの接続図。
図154.—医療用コイルのさまざまな部品の詳細。
図155.—医療用コイル用遮断器の詳細。
図156.—完成した医療用コイル。
図157.—誘導コイルの主要部品を示す図。
図158.—空の紙管と、一次側に巻く準備として芯線を充填した管。
図159.—一次側に巻線を巻き、ワイヤの端を固定するさまざまな手順を示します。
図160.—完成した一次巻線とコア。
図 161.—二次側の準備として、一次側を紙の絶縁層で覆った状態。
図162.—二次側を巻き取るための簡単な巻き取り装置。
図163.—完成した二次巻線。
図164.—遮断器部品
図165.—コンデンサー。
図166.—完成したコイル。
図167.—「電動ハンド」実験装置の接続方法を示す図。
図168.—ガイスラー管。
図 169.—電球は独特の緑がかった光を発します。
図170.—電気を流したゴミ箱。
図171.—ヤコブのはしご。
図172.—X線管
図173.—蛍光透視装置。
図174.—X線管をスパークコイルに接続する方法。
図 174 に示す服を着用した手の X 線写真。矢印は、中指の関節付近の小指の骨の損傷を示しており、その結果、関節が硬直しています。
図175.—電流と水の流れの比較。
図176.—照明と電力のための交流システム。
図177.—交流を直流に変換するためのモーター発電機セット。
図178.—昇圧トランス
図179.—降圧トランス
図180.—コアの寸法。
図 181.—組み立てられテープで固定されたコア。
図182.—変圧器の脚。
図183.—ファイバーヘッド。
図184.—巻き上げ位置にヘッドが付いた脚。
図 185.—銅ストリップをワイヤにはんだ付けして一次側にタップを作る方法。
図186.—トランスが完全に巻き上げられ、組み立ての準備が整いました。
図187.—トランスをベースに取り付けるための木片。
図188.—スイッチ部品の詳細。
図189.—完全なスイッチ。
図190.—接続図。
図191.—変圧器の上面図。
図192.—変圧器の側面図。
図193.—スポットから広がる小さな波。
図194.—単純な送信機。
図 195.—単純な受容体。
図196.—成形された空中絶縁体
図 197.—磁器製のクリートは小型アンテナ用の優れた絶縁体になります。
図198.—ワイヤを配置し、クロスアームまたはスプレッダーから絶縁する方法。
図199.—さまざまな種類のアンテナ。
図200.—パイプ用アースクランプ。
図201.—同調コイルの詳細。
図202.—同調コイルの側面図と端面図。
図203.—完成したダブルスライダーチューニングコイル。
図204.—単純なルーズカプラ。
図205.—木製部品の詳細。
図206.—ルーズカプラの側面図。
図207.—ルーズカプラの上面図。
図208.—ルーズカプラの端面図。
図209.—完全なルーズカプラ。
図210.—結晶検出器。
図211.—結晶検出器の詳細。
ダブルスライダーチューニングコイル。
ジュニアルーズカプラ。
水晶検出器。
図212 「猫のひげ」検出器の詳細。
図 213.—「猫ひげ」検出器の別の形式。
図214.—「猫ひげ」検出器。
図215.—固定コンデンサーの構築。
図216.—木製の端が取り付けられた管片で作られた真鍮ケースに収められた固定コンデンサー。
図217.—電話のヘッドセット。
図218.—ダブルスライダーチューニングコイルの接続方法を示す回路。
図219.—ルーズカプラの接続方法を示す回路。
図220.—この章で説明する機器のいくつかを接続する方法を示す図。
図221.—ワイヤレススパークコイル。
図222.—小さな火花ギャップ。
図223.—シンプルトランスミッターの接続方法を示す図。
図224.—試験管ライデン瓶。
図225.—木製ラックに取り付けられた8つの試験管ライデン瓶。
図226.—らせん状とクリップ。
図227.—発振トランス
振動らせん。
発振コンデンサー。
図 228.—ヘリックスおよびコンデンサーの接続方法を示す回路。
図229.—発振トランスとコンデンサーの接続方法を示す回路。
図230.—空中スイッチ。
図 231.—送信機と受信機の完全な配線図。
図232.—大陸のアルファベット。
図233.—コヒーラとデコヒーラ。
図234.—コヒーラの詳細。
図235.—リレー。
図236.—コヒーラーの完全な装備。
図237.—2つのコイル間の誘導作用を示す簡単な配置。
図238.—簡易無線電話。送信機に送られた音声は受信機で聞くことができますが、両者の間には直接的な電気的接続はありません。
図239.—ダブルコンタクトストラップキー。点線はバインディングポストの接続方法を示しています。
図240.—携帯電話の回路。キーが上がっているときは受信機が動作準備完了です。キーが押されると、送信機と電池が回路に投入されます。
図 241.—アマチュア用の完全な無線電話および電信局。 1. 電話コイル。 2. 電話送信機。 3. ダブルコンタクトストラップキー。 4. バッテリー。 5. スパークコイル。 6. キー。 7. スパークギャップ。 8. アンテナスイッチ。 9. ルーズカップラー。 10. 検出器、 11. 固定コンデンサー。 12. コードチャート。 13. アマチュアライセンス。 14. アンテナ。 15. 電話受信機。
図242.—15分で作れる簡単な電気モーター。
図243.—シンプレックスモーターのアーマチュアの詳細。
図244.—アーマチュア。
図245.—フィールド。
図246.—フィールドと整流子。
図247.—ベアリング。
図248.—完成したモーター。
図249.—モーターの詳細。
図250.—完成したモーター。
図251—電話用マグネット。
図252.—交流発電機と直流発電機の原理。
図253.—アーマチュア、整流子、ブラシの詳細。
図254.—完全なジェネレーター。
図255.—現場鋳造の詳細。
図256.—アーマチュア鋳造の詳細。
図257.—整流子の詳細。
図258.—アーマチュア巻線を整流子に接続する方法を示す図。
図259.—木製ベースの詳細。
図260.—滑車とベアリング。
図261.—ブラシ。
ジュニアダイナモは長い木製の台座に取り付けられ、クランク付きの溝付きホイールにベルトで固定されており、手回しで高速回転させることができます。図には、ダイナモに接続された小型の白熱電球も示されており、クランクを回すと電球が点灯します。
図262.—完成したダイナモ。
図263.—乾電池で動く完全な電気鉄道。図277に示す木製導体を介して、電池からの電線がレールに接続されていることに注目してください。
図264.—車両の床の詳細。
図265.—車輪と車軸を支えるベアリングの詳細。
図266.—車輪と車軸。
図267.—モーター。
図268.—車体を除いた自動車の完全なトラック。
図269.—車両の側面と端部のパターン。
図270.—車の屋根。
図271.—完成した車。
図272.–木製ネクタイの詳細。
図273.–トラックの配置。
図 274.—トラックをレイアウトするための 3 つの異なるパターン。
図275.—クロスオーバーのベースの詳細。
図276.—完成したクロスオーバー。
図277.—レールの端を接合するためのコネクタ。
図278.—車両がレールから外れないようにするためのバンパー。
図279.—鉄道橋の設計図。
図280.—鉄道駅の設計。
図281.—小型炭素電池ランプ。
図282.—小型タングステン電池ランプ。
図283.—ミニチュア、カンデラブラ、エディスワンベースがそれぞれ取り付けられたランプ。
図284.—ミニチュア平底磁器容器。
図285.—耐候性およびピンソケット。
図286.—小型照明に適した電池スイッチの種類。
図287.—ランプを複数接続する方法。
図288.—ランプを直列に接続する方法。
図289.—3方向配線図。ライトはどちらのスイッチからも消灯または点灯できます。
図290.—ミニチュア照明用のランプブラケット。
図291.—自家製ブラケット。
図292.—吊り下げランプ。
図293.—反射鏡の作り方。
図294.—手提げランタンなどに使用する3セル乾電池
図295.—電気ハンドランタン。
図296.—電気ルビーランタン。
図297.—ガラスとシールドを取り除いた電気ルビーランプ。
図298.—夜間に時刻を知らせる電気常夜灯。
図299.—監視灯。
図 300.—フレキシブルワイヤとプラグを取り付けた「エンドウ豆」ランプ。
図301.—スカル・スカーフピンの彫刻における4つの手順。1. 骨。2. ベースに穴を開ける。3. 下地を整える。4. 仕上げ。
図 302.—懐中電灯からランプを取り外し、プラグを所定の位置にねじ込むことで、バッテリーに接続する準備が整った完成したピン。
図303.—銅線（C）と銀線（I）がペアでどのようにねじられているか。
図304.—木製の指輪。
図305.—完成したサーモパイル。アルコールランプを点火し、炎が木製リングの中央にあるワイヤーの内側の端を加熱するように配置します。
図306.—反射鏡。
図307.—レンズの配置と取り付け方法。
図 308.—反射鏡を後ろから見た図。ドアなどが見える。
図 309.—カバーを取り外した反射鏡の図。ランプなどの配置が示されています。
図310.—ランプを保持するためのソケット。
図311.—錫反射板。
図312.—ランプバンクの平面図。回路の配置を示しています。AとBは、動作させたいデバイスを接続するポストです。
図313.—電気メッキタンクとして機能するように配置されたガラス瓶。
図314.—レオスタット。
図315.—極数変換スイッチまたは電流反転装置。接続ストリップは、ハンドルでレバーAとBの両方を操作できるように回転します。
ダブルスライダーチューニングコイル、検出器、固定コンデンサーから構成される完全な受信セット。
完全な受信セット。同調コイル、検出器、固定コンデンサーの代わりに緩いカプラーで構成されています。
図316. 完全な無線受信装置。
図317.—テスラコイルの原理を示す図。ライデン瓶が一次コイルを通して放電し、二次コイルで高周波火花が発生します。
図318.—主ヘッドとして使用された木製リングの詳細。
図319.—一次巻線を支えるクロスバーの詳細。
図320.—二次ヘッド。
274 ページに記載されている通り、完全な COHERER 衣装です。
テスラ高周波コイル。
図321.—完成したテスラコイルの端面図。
図322.—完成したテスラコイル。
図 323.—ガラス板コンデンサーがアルミ箔とガラスの交互のシートでどのように構築されるかを示しています。
図324.—テスラコイルの正しい接続方法を示す図。
少年電気技師
磁石と磁気
第1章 磁石と磁気
二千年以上も昔、はるか遠くの小アジア、イダ山の斜面で羊の群れを守っていた羊飼いが、突然、鉄の蹄鉄のついた杖の先が石に張り付いているのに気づきました。さらに周囲を見回すと、この奇妙な硬くて黒い鉱物の破片が他にもたくさん見つかりました。小さな破片は、サンダルの底の釘や鋲に張り付いていました。

この鉱物は鉄と酸素からなる鉄鉱石で、マグネシアとして知られる地域で発見され、すぐに「マグネストーン」、つまり磁石として広く知られるようになりました。

これは磁石の発見にまつわる物語です。磁石は様々な形で伝説として語り継がれています。世界各地でこの磁性鉱石が発見されるにつれ、その引力に関する伝説は、特に中世において大きく誇張されるようになりました。実際、船の鉄釘を引き抜いたり、後には方位磁針を大きく狂わせたりする磁気の山は、18世紀近くまで海の恐怖の1つとして語り継がれました。

何百年もの間、磁石石は人類にとってほとんど役に立たず、鉄や鋼の小片、そして同じ種類の磁石を引き付ける力を持つ珍品として扱われていました。しかし、ある人物（誰のことかは定かではありません）が、磁石石を適切な方法で糸で吊るすと、常に南北を指す傾向があることを発見しました。そのため、「マグネス・ストーン」は「ロードストーン」または「リーディングストーン」とも呼ばれるようになりました。

糸で吊るされたこれらの単純な磁石の小片は、現代のコンパスの先駆けであり、太陽が隠れている曇りの天候や北極星が見えない夜に船を操縦することを可能にしたため、古代の航海士にとって非常に貴重なものでした。

最初の本格的なコンパスはグノモンと呼ばれ、磁鉄鉱に擦り付けられて磁力を持つようになった鋼鉄の針で構成されていました。その後、針は葦や短い木片に差し込まれ、水を入れた容器の表面に支えられました。針を容器に差し込んだままにしておくと、当然のことながら容器の側面に当たって動いてしまい、正確な位置を指し示すことができません。そこで、針を水中で円運動させ、静止した瞬間に北端が示す地平線上の点を注意深く記録し、それに基づいて船の針路を設定しました。

現代の航海用コンパスは、全く異なる構造をしています。それは、ボウル、カード、そして針の3つの部分で構成されています。カードと針を収めるボウルは、通常、半球形の真鍮製の容器で、ジンバルと呼ばれる一対の真鍮製のリングに吊り下げられており、船がどんなに激しく揺れてもボウルは水平を保ちます。円形のカードは、方位と呼ばれる32の等しい部分に分割されています。針は通常2本から4本あり、カードの底部に固定されています。

図 1.—「方位」を示す航海用コンパスのカード。
図 1.—「方位」を示す航海用コンパスのカード。
カードの中央には円錐形のソケットがあり、ボウルの底に固定された垂直のピンに支えられています。ピンに掛けられたカードは、その中心を中心に自由に回転します。船上では、コンパスは、船底線と呼ばれる黒いマークがキールと平行になるように設置されます。この線と正反対のコンパスカード上の点は、船首の方向を示します。

磁気の実験
磁気現象とその法則は、ほぼすべての電気機器の構造に重要な役割を果たすため、電気の研究において非常に重要な分野を形成しています。

発電機、モーター、電信、電話、無線機器、電圧計、電流計など、事実上無限に挙げられる機器は、その動作に磁気を利用しています。

人工磁石は、磁石やその他の磁力を利用して鋼鉄から作られた磁石です。

主な形状は棒状と馬蹄形であり、その形状からそう呼ばれています。このような磁石を作る工程は磁化と呼ばれます。

図2.—棒磁石
図2.—棒磁石
小さな馬蹄形磁石や棒磁石はおもちゃ屋さんで購入できます。とても興味深く、勉強になる実験に使えます。

図3.—馬蹄形磁石
図3.—馬蹄形磁石
棒磁石の片方の端で、太いダーニング針を端から端まで、常に同じ方向に撫でてみましょう。それから針を鉄粉に浸すと、鉄粉が針にくっつくのがわかります。針が磁石になったのです。

棒磁石を鉄粉に浸すと、磁石の端のほうでは鉄粉が不規則な房状に付着しているのがわかりますが、中央付近ではほとんど付着していないか、全く付着していません。

図4.—鉄粉に浸した磁化針と棒磁石。
図4.—鉄粉に浸した磁化針と棒磁石。
この実験は、磁石の引力が2つの反対の位置に存在することを示しています。これらは極と呼ばれます。

磁石と鉄鋼片の間には、空間を越えて作用する特殊な目に見えない力が存在します。

磁石が他の磁石を引き付けたり反発したり、あるいは鉄や鋼の破片を引き付ける力は、

磁力。磁石が鉄片に及ぼす力は、距離によって変化します。磁石が鉄片に近いほど力は強くなり、遠いほど力は弱くなります。

図5.—棒磁石の揚力。釘の方が重いので、棒磁石を釘に近づける必要があります。
図5.—棒磁石の揚力。釘は釘よりも重いため、棒磁石を釘に近づける必要があります。
小さなカーペットタックを紙の上に置き、その上に磁石を置きます。磁石をゆっくりと下げていくと、タックが磁石にぶつかります。

次に、画鋲の代わりに釘を使ってみましょう。釘は画鋲よりも重いので、持ち上げるにはより大きな力が必要です。磁石を画鋲よりも釘にずっと近づけないと持ち上げられないため、磁石の力は釘に最も近いところで最も強く作用することがわかります。

針を磁化し、ガラス容器の水に浮かべたコルクの上に置くと、針は常にほぼ南北の直線上に止まり、常に同じ端が北を向いていることがわかります。

図6.—シンプルなコンパス。
図6.—シンプルなコンパス。
北を向く磁石の極を 北極 、反対の 極を南極といいます。

この名称は通常、単にN極とS極と略されます。磁石のN極は、金属に刻印された直線またはNの文字で示されることが多いです。

磁化された針を水を入れた容器の中のコルクに浮かべるというシンプルな形は、

図7.—簡単なコンパスを作るいくつかの異なる方法。
図7.—簡単なコンパスを作るいくつかの異なる方法。
コンパス。図7はコンパスの作り方をいくつか示しています。最初の方法は、磁化された針を細い絹繊維または糸に吊るす方法です。

2つ目の方法は、紙で作られた非常に感度の高いコンパスです。磁化された2本の針を、N極を同じ端に向けて側面に刺します。紙の支持台は、コルクに刺した3本目の針の上に取り付けられています。

ポケット コンパスとして知られる一般的なタイプに近いコンパスは、時計のゼンマイや置き時計のゼンマイの小片から作ることができます。

針の中心部分をアルコールランプの炎に当てて冷やすことで焼きなましまたは軟化させます。

針を銅や真鍮などの柔らかい金属片の上に置き、ポンチで中央をへこませます。

ピルボックスの底に刺したピンの先端に針を乗せてバランスをとります。

磁性物質とは、磁石に引き寄せられる物質のことです。紙、木、真鍮、鉄、銅、亜鉛、ゴム、鋼、チョークなど、様々な物質で実験してみましょう。磁石に引き寄せられるのは鉄と鋼だけであることがわかります。通常の磁石は、ごく限られた物質しか引き寄せません。鉄、鋼、コバルト、ニッケルくらいしか、特筆すべき物質はありません。

物体を通した引力。磁石は、まるで何も介在していないかのように、紙を通して釘や画鋲を引き寄せます。

図8.—ガラスを貫通する鉄釘の引力。
図8.—ガラスを貫通する鉄釘の引力
ガラス、木材、真鍮など、あらゆる物質を貫通して磁力を発揮します。しかし、鉄板を貫通すると、鉄自体が磁力を吸収し、磁力が釘を貫通して到達するのを妨げるため、磁力は弱まるか、完全に遮断されます。

複数のカーペットタックを磁石で鎖状に支えることが可能です。各タックは誘導作用によって 一時的に磁石となります。

磁石と接触している画鋲を手に取り、磁石を突然引き離すと、画鋲はすぐに磁力を失ってバラバラになってしまいます。

図9.—磁気チェーン。
図9.—磁気チェーン。
さらに、特定の磁石はチェーンの形で一定数のタックをサポートしますが、 2 番目の磁石をチェーンの下に配置して、その S 極が元の磁石の N 極の下にくるようにすると、他のタックをいくつか追加してチェーンを長くすることができます。

その理由は、誘導によってタック内の磁気が増加するためです。

磁石は、どの極が最も近いかに応じて、互いに引き付けたり反発したりします。

縫い針を磁化し、糸に吊るします。棒磁石のN極を針の下端に近づけます。針の下端がS極であれば、棒磁石のN極に引き寄せられます。一方、N極であれば反発し、針を掴んで押さえない限り、棒磁石のN極で針に触れることはできません。

この事実から、同じ極は反発し合い、異なる極は引き合うという磁気の一般法則が生まれます 。

図 10.—同極同士は反発し、異極同士は引き合うことを示す実験。
図 10.—同極同士は反発し、異極同士は引き合うことを示す実験。
この法則を説明するもう一つの興味深い方法は、葉巻箱の木で小さな船を作り、その上に棒磁石を置くことです。棒磁石のN極を船首に置きます。

ボートを水を入れた容器に浮かべます。もう一つの磁石のS極をボートの船尾に近づけると、ボートは容器の反対側へ進んでいきます。磁石のN極を近づけると、ボートは元に戻ります。

図11.—磁気ボート。
図11.—磁気ボート。
磁石のS極を船首に向けると、小さな船は磁石に沿って海域を一周します。

同じ極同士の反発は、磁化された縫い針を小さなコルクに固定し、先端を下にして水を入れた容器に浮かべることによっても説明できます。

図12.—浮遊する針で示される、類似の極間の反発。
図12.—浮遊する針で示される、類似の極間の反発。
すると、針はその数に応じて異なる対称的なグループに並びます。

棒磁石をそれらの間に押し込むと、その極性に応じて引き合ったり反発したりします。

針の上端はすべて同じ極性、つまり N 極または S 極である必要があります。

磁気は特定の線に沿って流れ、

磁力線。これらの線は常に閉じた経路または回路を形成します。磁石の近傍においてこれらの線が通る領域は 力場と呼ばれ、磁力線が流れる経路は磁力線と呼ばれます。

磁気回路。磁力線の経路は、棒磁石の上に紙を置き、その上に鉄粉をまぶすことで簡単に確認できます。鉄粉が磁路に引き込まれるように、紙を少し揺らしてください。

図 13.—磁石の周りの力の場を示す磁気「ファントム」。
図 13.—磁石の周りの力の場を示す磁気「ファントム」。
磁石の磁極から磁石の磁極に向かって伸びる磁力線は、磁石の一方の極から伸びて反対側の極で再び合流し、曲線を描きます。磁力線は磁石のN極から外側に伸び、空気中を曲がってS極に達し、磁石の中を再び循環すると考えられています。

図14.—馬蹄形磁石の周りの磁力線を示す磁気ファントム。
図14.—馬蹄形磁石の周りの磁力線を示す磁気ファントム。
図14は馬蹄形磁石の周りの磁力線を示しています。磁力線がN極とS極の間をまっすぐに交差していることがわかります。

同極と異極によって生成される磁場の違いを図 15 に示します。

図15.—同極と異極の間の力線。
図15.—同極と異極の間の力線。
この図を研究することは、磁極の引力と反発力がどのように起こるかを理解する上で大いに役立ちます。

二つの北極の間の磁力線は互いに抵抗し合い、中心で急激に交わっていることに気づくでしょう。北極と南極の間の磁力線は規則的な曲線を描いています。

地球は巨大な磁石です。方位磁針が示す方向は磁気子午線と呼ばれます。

地球が方位磁針に及ぼす作用は、永久磁石の作用と全く同じです。磁化された針が磁気子午線上に位置するのは、地球が南北方向に磁力線を持つ巨大な磁石だからです。

方位磁針は、一般的には真北を正確に指すわけではありません。これは、磁針が指す地球の磁極が、地理学的極と同じ場所に位置していないためです。

磁気傾斜。絹糸に吊るした縫い針を水平に保ったまま磁化すると、縫い針はバランスを失って北の端がわずかに下を向いていることがわかります。

図16.—シンプルなディッピングニードル。
図16.—シンプルなディッピングニードル。
これは、地球が丸いため、極北に位置する磁極がコンパスの水平線上ではなく、そのような線の下にあるという事実によるものです。

垂直面内で自由に動くように設置され、傾斜を測定するための目盛りが備わった磁針は、

ディッピングニードル。コルクを磁化する前に、編み針をコルクに刺すことで、ディッピングニードルを簡単に作ることができます。

2 つ目の針を最初の針に対して直角に刺し、2 つのグラスの縁に置いたときに水平を保つように慎重にバランスを調整します。

次に、最初の針を棒磁石で軽く叩いて磁化します。再びガラスの上に置くと、針はバランスを保てなくなり、下向きに傾いていることがわかります。

永久磁石は、科学機器、電圧計、電流計、電話受信機、マグネト、その他さまざまな装置の構築に多くの有用な用途があります。

特定の用途で非常に強力な磁石を固定するために、複数の鋼棒を個別に磁化し、リベットで留めることがあります。このようにして作られた磁石は複合磁石と呼ばれ、棒状または馬蹄形になります。

磁石には通常、「アーマチュア」または「キーパー」と呼ばれる柔らかい鉄片が付いています。「キーパー」は磁石が使用されていないときに磁石の極間に置かれ、その磁力を維持します。

衝撃や落下は磁石の分子の磁気配列を乱し、磁力を著しく弱めます。最も強力な磁石であっても、赤熱すると完全に磁化が失われ、冷却後もその状態が続きます。

したがって、磁気器具の強度や磁石を備えた電気機器の効率を維持したい場合は、乱暴に使用しないでください。

第2章 静電気
第2章 静電気
ガラス棒をフランネルやシルクでこすると、以前は持たなかった特性、つまりほこりや糸や紙片などの軽い物体を引き寄せる力を獲得していることがわかります。

このような棒を小さな紙片の上にかざすと、ガラスの棒が磁石になって紙ではなく小さな鉄片を引き寄せるのと同じように、紙片が棒に向かって飛び上がる様子を観察します。

この神秘的な力を生み出す作用機序は電気と呼ばれ、ギリシャ語の「エレクトロン」 （琥珀）に由来しています。琥珀は、この性質を持つ最初の物質として発見されました。

図17.—電気を帯びたガラス棒は小さな紙片を引き寄せます。
図17.—電気を帯びたガラス棒は小さな紙片を引き寄せます。
琥珀の使用は文明の黎明期に遡ります。ミケーネの王家の墓やサルデーニャ島の様々な場所で、紀元前少なくとも2000年前の琥珀のビーズが発見されています。

古代世界では琥珀は宝石や装飾品として使われていました。

古代シリアの女性は、琥珀でできた糸紡ぎ棒を使って糸を紡いでいました。糸紡ぎ棒が回転すると、糸紡ぎ人の衣服に擦れて帯電し、琥珀は擦れると必ず帯電する性質があります。そして、糸紡ぎ棒が地面に近づくと、そこに落ちていた埃や籾殻、あるいは葉っぱを引き寄せ、時には衣服の縁飾りをも引き寄せたのかもしれません。

糸紡ぎ手はすぐにそれを見抜きました。というのも、こうして引き寄せられた籾殻の破片は、注意しないと糸に絡まってしまうからです。そのため、琥珀の糸紡ぎ車は「ハルパガ」または「掴み手」と呼ばれました。まるで目に見えない爪で捕らえているかのように、軽い物体を掴み、ただ掴むだけでなく、しっかりと保持するように見えたからです。

これはおそらく電気効果に関する最初の知的な観察だったでしょう。

18 世紀、ベンジャミン・フランクリンが有名な凧の実験を行った当時、電気は少量を捕らえてライデン瓶などの容器に蓄えることができる、一種の燃えるような大気放電であると信じられていました。

フランクリンは天空で起こる雷放電が電気によるものであることを初めて証明した人物である。

彼の実験の話はとても興味深い。

彼は軽い杉材の細長い板を二本用意し、十字に交差させて絹のハンカチで覆い、凧を作りました。凧の垂直の棒の先端には、約30センチほどの鋭い針金が固定されていました。紐は普通のものでしたが、短い絹のリボンと鍵が付いていました。リボンの目的は、彼の体に走る雷から身を守ることでした。絹は「非導体」であり、後ほど詳しく説明します。鍵は絹のリボンと紐の接合部に固定され、火花が落ちてきた場合にそれを引き寄せるための便利な導体として機能しました。雷雨が近づくのを待つ必要はなく、それが近づいてくるのを見て、当時22歳の若者だった息子を連れて外に出ました。地平線から大きな雲が湧き上がり、突風が断続的に強くなりました。凧は風を感じ、着実に上昇し始め、そよ風に吹かれて左右に揺れ動きました。雷鳴はだんだん近づいてきて、凧が高く飛ぶにつれて雨が草の上でパタパタと鳴り始めました。

まもなく激しい雨が降り始め、フランクリンと息子は近くの小屋の下に避難せざるを得なくなった。水に濡れた重い凧がゆっくりと滑空していた時、突然、頭上を低く漂っていた巨大な黒い雲が炎を噴き出し、雷鳴が大地を揺るがした。凧は上昇し、真っ直ぐに黒い塊の中へと舞い上がり、そこから次々と閃光が放たれ始めた。

フランクリンは絹のリボンと鍵を見つめた。何の兆候もなかった。失敗したのだろうか？ 突然、ほどけた紐の繊維が逆立った。その時が来たのだ。震えもせず、彼は指の関節を鍵に近づけた。すると、指の関節と鍵の間に火花が散った！そして、また火花が、また火花がと散った。それは、彼がガラス管で何百回も起こしたのと同じ小さな火花だった。

そして嵐が収まり、雲が山々へと流れ去り、凧が青空を悠々と舞うと、フランクリンの顔が喜びの陽光に輝いた。偉大な発見は完成し、彼の名は永遠に残る。

雷の原因は、雲の中の電荷、つまり雲の中の水粒子の表面に帯電している電気の蓄積です。これらの電荷は、水粒子が集まって大きくなるにつれて強くなります。無数の水滴がどんどん大きくなるにつれて「電位」が上昇し、雲はすぐに高電圧に帯電します。

誘導と呼ばれる現象 （これは鋲と磁気鎖を使った実験で既に遭遇した現象です）の影響により、電荷によって及ぼされる力は、隣接する雲や地表の物体に帯電している反対の電荷によってさらに強くなります。これらの電荷は、常に空気中を突き破ろうとしています。

電荷が十分に強くなるとすぐに、1マイルから10マイルの長さに及ぶ鮮やかな稲妻が発生します。稲妻の進路にある熱せられた空気は勢いよく膨張しますが、すぐに別の空気が流れ込んで部分的に真空になった部分を埋め、雷鳴と呼ばれる恐ろしい音を生み出します。

18世紀には、電気は一種の燃えるような大気放電であると考えられていました。これは既に述べた通りです。後に、電気は特定の媒体を水のように流れることが発見され、流体であると考えられました。現代の科学者は、電気は隣接する粒子間、あるいは粒子を取り囲むエーテル内の単なる振動運動であると考えています。

電気は特定の媒体を通して伝わり、他の媒体を通して伝わらないことが早くから発見されていました。これらはそれぞれ「導体」と「非導体」または絶縁体と呼ばれていました。銀、銅、金などの金属や、木炭、水などの物質は良導体です。ガラス、絹、羊毛、油、蝋などは非導体または絶縁体ですが、木材、大理石、紙、綿など、他の多くの物質は部分導体です。

電気には2種類あるようです。一つは「静電気」、もう一つは「電流」と呼ばれるものです。前者は通常、摩擦によって発生し、後者は電池や発電機によって発電されます。

静電気を発生させる非常に簡単でよく知られた方法は、カーペットの上で足を滑らせたり、すり足にしたりすることです。すると体は帯電し、指の関節をガソリンスタンドやラジエーターなどの金属物に近づけると、刺すような小さな火花が飛び出します。

雲から地球への二重の雷放電。
著者の許可を得て「無線通信と電話通信」より引用。雲から大地への二重雷放電。
カーペットの上を滑る足の摩擦によって電気が発生し、体が帯電します。

紙を温めて木のテーブルに置き、手で勢いよくこすってみてください。すぐにテーブルに貼り付いて、最初のように滑らなくなります。角を少し持ち上げると、すぐに跳ね返ってしまいます。紙をテーブルから持ち上げると、手や服に張り付くでしょう。顔に近づけると、くすぐったいような感覚を覚えます。これらはすべて、紙が帯電しているから起こるのです。紙は他の物体に引き寄せられますが、それは紙が中性、つまり電荷を持たないからです。

図19.—乾いた筆記用紙をこすると帯電することがある。
図19.—乾いた筆記用紙をこすると帯電することがある。
静電気に関する実験は、夏よりも涼しく澄んだ冬の方がうまくいきます。これは、冬の空気が夏よりも乾燥しているためです。夏の空気にはかなりの水分と水蒸気が含まれています。水蒸気は電気を部分的に伝導するため、周囲の空気は夏に発生するのとほぼ同じ速さで静電気を装置から逃がします。

図20.—猫へのサプライズ。
図20.—猫へのサプライズ。
冬の涼しく澄んだ日に、猫を火やストーブのそばに置き、手で素早く撫でてみましょう。毛が手のひらに向かって逆立ち、かすかにパチパチという音が聞こえます。このパチパチという音は、猫と手の間で小さな火花が飛び交うことによって発生します。暗い部屋で実験すれば、火花がはっきりと見えるかもしれません。指の関節を猫の鼻に近づけると、火花があなたの指の関節に飛び移り、猫を驚かせるでしょう。

肌寒い日で、外のすべてが凍りついて乾燥している場合は、ゴム製の櫛で髪を梳かしてみてください。髪は平らに寝るのではなく、頭全体に立ち上がり、櫛が髪を梳かすときに発生する微かなパチパチという音がはっきりと聞こえます。この電気は、髪と櫛の摩擦によって発生します。

電気は様々な物質間の摩擦によって発生します。硬いゴム棒、ガラス棒、ゴム製の櫛、あるいは封蝋などは、乾いた温かいフランネルで勢いよくこすり合わせるだけで簡単に帯電します。

電気計は静電気の存在を検出するための装置です。

図21.—紙電気計。
図21.—紙電気計。
前章で説明した紙製コンパスとほぼ同じ方法で、非常に簡単な検電器を作ることができます。筆記用紙を切り抜き、コルクに刺したピンに取り付けます。通電した棒を検電器の近くにかざすと、棒磁石を近づけた時にコンパスの針が回転するのと同じように、検電器が回転します。

ピスボール電気計は非常にシンプルな装置で、コルクまたはニワトコの髄を細い絹糸で絶縁された支持台に吊るすだけです。適切な電気計は、コルクに針金を差し込んでピスボールを支えるガラス瓶で作ることができます。電気を流した棒をピスボールに近づけると、棒に向かって飛び出します。

図22.—ピッチボール検電器。
図22.—ピッチボール検電器。
ピスボールがガラス棒に触れると、ガラス棒は電気の一部を放出し、ピスボールを帯電させます。ピスボールはすぐにガラス棒から飛び去り、ガラス棒をどれだけ近づけても、再び触れようとしません。

この動作は、糸から吊るされた磁化された針に磁石の同じ極を近づけたときの動作とほぼ同じです。

ロッドがピスボールに初めて触れたとき、ピスボールは中性で電荷を帯びていません。しかし、ロッドがボールに触れると、ロッドから放出された電気の一部がボールに伝わり、その後、両者は反発し合います。

その理由は、棒とボールは同じように 帯電しており、同じように帯電した物体は互いに反発するからです。

図23.—ダブルピッチボール検電器。
図23.—ダブルピッチボール検電器。
観察力の鋭い人であれば、電気を流した棒と小さな紙片を使って実験したとき、小さな紙の一部が最初は棒に引き寄せられて上方に飛んでいくものの、棒に触れるとすぐに弾かれることに気づいたかもしれません。

同様に帯電した 2 つの物体間の反発は、二重電気計によって表示できます。

二重検電器は、同じ支柱から2本の絹糸に2つの髄球を吊るすことによって作られます。

ガラス棒に電気を流し、髄球に触れさせてください。髄球も同じ種類の電気を帯びているため、すぐに飛び散ります。

金箔電気計は、微量の静電気を検出するために使用できる最も感度の高い手段の 1 つです。

図24.—金箔電気計。
図24.—金箔電気計。
これは非常にシンプルな器具で、短時間で簡単に作ることができます。極薄のティッシュペーパーを数枚、あるいはもっと良い方法として金箔を2枚、広口のガラス瓶の中に吊るします。ガラス瓶は断熱効果があり、同時に隙間風から紙を保護する役割も果たします。

瓶の口はパラフィンワックスの栓で閉じられており、その中央には小さなガラス管が通っている。この管には硬い銅線が通されている。銅線の下端は直角に曲げられ、金箔の帯を支えるようになっている。棒の上端には、25セント硬貨ほどの大きさの円形の金属板がはんだ付けされている。

電気を帯びた封蝋またはガラス棒を検電器のディスクに近づけると、ストリップ同士は非常に強く反発します。機器の感度が高い場合、棒がディスクに到達する少し前からストリップは広がり始めるはずです。鉛筆を削った際にできる削りかすでもストリップが広がるほど感度の高い検電器を作ることも可能です。

静電気には2種類あります。図25に示すように、ガラス棒を絹でこすり、針金のあぶみに吊り下げます。2本目の棒も絹で刺激し、吊り下げた棒の端に近づけます。吊り下げた棒は反発し、手に持った棒から遠ざかるように揺れます。

図25.—ワイヤースターラップに通電したロッドを吊り下げる方法。
図25.—ワイヤースターラップに通電したロッドを吊り下げる方法。
封蝋をフランネル でこすり、封蝋に電気が走るまで待ちます。次に、封蝋を吊るした棒の先端に近づけます。すると、棒が封蝋に引き寄せられます。

さらに実験してみると、2 本の封蝋が互いに反発し合うことがわかります。

図26.—同じように帯電している物体は反発し合い、異なる帯電している物体は引き合い合います。
図26.—同じように帯電している物体は反発し合い、異なる帯電している物体は引き合い合います。
この実験は、ガラスを絹でこすることによって生じる帯電と、封蝋をフランネルでこすることによって生じる帯電の 2 種類の帯電があることを示しています。

最初の例では、ガラス棒は正に 帯電していると言われており、後者の場合には、封蝋は 負に帯電していると言われています。

磁気に適用される同じ法則が静電気の場合にも当てはまり、同様に帯電した物体は互いに反発し、異なる物体は引き合います。

エレクトロフォラスは、静電気を発生させる目的で 1775 年にボルタによって考案された機器です。

図27.—電気泳動
図27.—電気泳動
簡単に作ることができ、多くの興味深い実験のための電源として利用できます。電気炉は、金属製の皿または鍋に鋳造された樹脂製の円形の塊と、絶縁ハンドルが付いた円形の金属円盤の2つの部分で構成されています。

エレクトロフォラスを作るには、まず古いケーキ型かパイ型を用意し、そこに樹脂か封蝋を詰めます。ストーブの上の温かい場所に容器を置き、樹脂が溶けるようにします。加熱しすぎると飛び散って発火する恐れがあるので注意してください。樹脂が溶けたら、容器がほぼいっぱいになるまで樹脂を追加します。すべて溶けたら火から下ろし、容器の中で冷えて固まるまで置いてください。動かさないでください。

パイ皿の直径より約5cm小さい、錫、亜鉛、または銅板の円板を切り出します。円板の中央に、錫または真鍮板の小さな円筒をはんだ付けし、取っ手の支えとします。取っ手は直径約1.8cm、長さ約10～13cmのガラス管で、円筒の中央に置き、溶かした封蝋で固定します。

電気泳動装置を使用するには、まず樹脂ケーキを温かいウールの布かフランネルで叩くか、軽くこすります。次に、右手で絶縁ハンドルを持ち、ディスクをケーキの上に置きます。左手の人差し指でカバーまたはディスクに一瞬触れます。指を離した後、ガラス製の絶縁ハンドルでディスクをケーキから持ち上げます。ディスクは正電荷を帯びており、指の関節を端に近づけると、火花が飛び散ります。

図28.—電気カエル池。
図28.—電気カエル池。
カバーを元に戻し、触って、また取り外す。樹脂ケーキは、時々こすって充電するだけで、何度でも火花を散らすことができます。

ティッシュペーパーで小さなカエルを切り取って、電気カエル池の実験をしてみましょう。カエルを少し濡らし、電気炉の蓋の上に置きます。指で電気炉に触れ、絶縁ハンドルを使って持ち上げます。カエルが濡れすぎていない場合、蓋を開けた瞬間に蓋からテーブルの上に飛び降ります。

静電発電機
第3章 静電気機械
シリンダー式電動機
前章で説明した電気泳動装置は、多くの興味深い実験に十分な電力を供給することができますが、より多くの電力を供給するためには、静電気機械が必要です。

電気機械は 2 つの部分で構成されます。1 つは 2 つの表面が互いに擦れ合う摩擦によって電気を生成する部分であり、もう 1 つはこのようにして生成された電気を集める装置です。

最も初期の電気機械は、クランクで回転するスピンドルに固定された硫黄の球で構成されていました。絶縁された樹脂の塊の上に立った人が、乾いた手で硫黄に押し当てると、体から火花が散りました。

後に、針の代わりに革製のクッションが、硫黄の球の代わりにガラス製の円筒が使用されるようになり、摩擦電気機械は、ハンドルで回転する水平軸上に取り付けられたガラス製の円筒または円盤で構成されています。馬毛を詰め、亜鉛または錫の粉末アマルガムで覆った革製のクッションが円筒の片側に押し付けられます。細長い円筒形の「プライム」導体は、熊手の歯のような細い金属のスパイクの列を反対側に向けます。革製のクッションに取り付けられた絹のフラップが円筒の上を通り、上半分を覆います。

図29.—シリンダー電気機械の正面図。
図29.—シリンダー電気機械の正面図。
機械のハンドルを回すと、革のクッションとガラスの間に摩擦が生じ、ガラスに正の電気が供給されます。この電気は、シリンダーが回転すると、鋭い先端の列によって集められ、主導体に送られます。

電気機械を組み立てる際に最初に必要なのは、2 ～ 4 クォートの容量を持つ大きなガラス瓶です。

ガラスの断熱性は大きく異なります。一般的な緑色ガラス（銅で緑色に着色された白色ガラスではなく、電信碍子の原料となるガラス）は、一般的に最も断熱性に優れています。一部の白色ガラス、特にボヘミアガラスは優れた断熱性を有しますが、一般的なボトルにこのような性質を持つガラスは見当たりません。

図30.—円の中心を見つける方法。
図30.—円の中心を見つける方法。
文字が刻印されていない滑らかなボトルを選び、白い紙の上に立てます。ボトルの円周に沿って、ボトルの底と同じ大きさの円を描くように線を引きます。円周に定規を置き、点Cが円周にちょうど接するようにします。定規の辺が円周と交わる点AからBに線を引きます。この線の中心にある点が円の中心です。

円が円周と一致するようにボトルの底に紙を置き、ボトルの中心に印を付けます。

次に、瓶に穴を開けます。これは、先端が折れてギザギザの刃先になっている小さな三角やすりで行います。やすりは支柱にセットし、通常のドリルのように使用します。穴あけ作業中は、樟脳ゴムとテレピン油を混ぜた潤滑剤をドリルに頻繁に塗布する必要があります。穴あけ作業は、瓶が厚い場合、ガラスに穴を開けるまでに約1時間かかります。ガラスを割る危険を避けるため、ゆっくりと慎重に作業を進めてください。穴の直径は、1/4インチから3/8インチ程度になります。

穴を開けたら、瓶の口に木製の栓を差し込み、樹脂0.5ポンド、蜜蝋5オンス、焼石膏0.4オンス、赤黄土0.3オンスを適度に温めたストーブで溶かした混合物で固定します。栓を溶けたセメントに浸し、瓶の口に押し込みます。セメントが乾くと、栓は取り外せなくなります。

ボトルのサイズは様々であるため、機械を製作する際に厳密に従うべき寸法を示すことは全く不可能です。本文中の寸法は概算値です。図面は、各部品の相対的な比率を示すために、縮尺通りに作成されています。

機械を設置するには、頑丈な木製の台座が必要です。台座には、ボトルの軸を支える2本の支柱が取り付けられています。そのうちの1本には、ボトルの首に差し込まれた木製の栓と同じ直径の穴が開けられています。支柱から突き出ている木製の栓の端には切り込みが入れられ、クランクが取り付けられています。これにより、ボトルを回転させることができます。クランクのハンドルは、通常の糸巻き機の片方のフランジを切り落とし、ネジとワッシャーで固定したものです。

図31.—「ゴム」
図31.—「ゴム」
これで機械は「ゴム」と「主導体」を取り付ける準備が整いました。ゴムは1インチ四方、長さ6～8インチの木片です。図に示すように、皮革を仮止めし、馬毛を詰めます。革を仮止めする前に、木片にシェラックを塗り、スズ箔で覆います。幅2インチ、厚さ1.5インチの木片をゴムの裏側に固定します。木片は、下端をベースに置いてゴムがボトルの軸と水平になる程度の長さにしてください。下端は小さな真鍮製のヒンジでベースに固定できます。ゴムとベースの間にあるフックから2本の輪ゴムが伸び、ゴムをボトルにしっかりと固定します。図は、ゴムをサムナットでベースに固定した脚部に取り付ける方法を示しています。脚部を前後にスライドさせて圧力を自由に調整できます。

主導体は、直径2インチ、長さ8インチのカーテンレールから作られます。両端をやすりで丸め、サンドペーパーで滑らかにします。次に、表面全体をシェラックでコーティングし、アルミ箔で覆います。裁縫用のピンの頭をいくつか切り落とし、ペンチで主導体の側面に押し込みます。ピンは熊手の歯のように、約3/8インチ間隔で一列に並ぶようにします。主導体の下側中央に、直径1/2インチのガラス棒を差し込むための穴を開けます。同じ大きさの2つ目の穴を底部に開けます。この穴は、ガラス棒を差し込んだときに、主導体の歯がボトルの軸と同じ高さになり、歯の先端がガラスから約3/32インチ離れるようにします。ガラス棒は、主導体を絶縁し、電気が漏れるのを防ぐために必ず使用してください。これは 33 ページで説明されているセメントで固定されます。ガラス棒の代わりに水位計ガラスを使用することもできます。

図32.—主導体またはコレクター。
図32.—主導体またはコレクター。
幅 8 ～ 9 インチで、ボトルの周囲半分まで届く長さの、油を塗った絹の帯、または代わりにシェラックでコーティングした絹の帯をゴムに留め、絹がシリンダーの上部半分を覆い、鋼鉄の先端から 1/4 インチ以内まで届くようにします。

機械はこれで完成です。ハンドルを素早く回すと、主導体から火花を引き出すことができます。火花の長さはおそらく非常に短く、約1.5cm程度でしょう。しかし、ガラスの品質が良ければ、ゴムにアマルガム処理を施すことで、火花の長さを7.6cmまで伸ばすことができます。

アマルガムは、錫1オンスを溶かし、そこに亜鉛1オンスを細かく砕いて加えることで作られます。亜鉛も溶けたらすぐに、あらかじめ温めておいた水銀2オンスを混合物に加えます。この作業中は、蒸気を吸い込まないように注意してください。混合物を冷水の入った容器に注ぎます。冷水で金属が小さな粒子になります。水を捨て、ハンマーで叩いてアマルガムを粉末状にします。

革のゴムにラードを薄く塗り、その上に粉末アマルガムをすり込みます。

電気機器から最大の効果を得るには、ガラスに付着した埃やアマルガムの粒子を丁寧に取り除き、絶縁柱を温かいウールの布で拭く必要があります。機器をストーブやラジエーターの近くなど、暖かい場所に置くと、最も効果的です。

図33.—完全なシリンダー電気機械。
図33.—完全なシリンダー電気機械。
ウィムズハーストマシン
ウィムズハースト機械は、反対方向に回転する2枚のニス塗りガラス板で構成されています。各板の外側には、放射状に配置された多数の錫箔製の「セクター」が接着されています。互いに直角に交わる2本の導体が、板の背面と前面にそれぞれ斜めに伸びています。これらの導体はそれぞれ、板の回転に合わせて「セクター」を電気的に励起する錫箔のブラシで終端されています。電気は、円筒形電気機械のコレクターとほぼ同様の配置の「コレクター」によって集められます。

ガラス板は直径18インチです。ガラス販売店から20インチ四方の透明ガラスを2枚購入してください。緑色のガラスよりも白色ガラスの方がはるかに優れており、電動機械に最適です。ガラス板は「シングルライト」と呼ばれる厚さで、波打ち、気泡、その他の欠陥が全くないものを使用してください。

図34.—版画をレイアウトするための型紙。
図34.—版画をレイアウトするための型紙。
まず、20インチ四方の硬い紙に型紙として作品を描きます。直径4インチの円を描きます。同じ中心から、直径8インチ、16インチ、18インチの円を描きます。次に、図34に示すように、中心から等間隔に16本の放射線状線を引きます。

図35.—セクターが配置されたプレートとセクターのパターン。
図35.—セクターが配置されたプレートとセクターのパターン。
ガラス板の一枚を型紙の上に置き、直径18インチの円形ガラスを切り出します。あるいは、ガラス職人に切り出しを依頼すれば、手間と破損の可能性を大幅に減らすことができます。このガラス板は2枚作る必要があります。

セクターは、図35に示す型紙に従って、厚手の平らなアルミホイルから切り出します。幅は、広い方の端が1.5インチ、反対側の端が3/4インチになるようにします。長さはそれぞれ4インチです。このセクターは32個必要です。最も簡単な方法は、厚手のボール紙から型紙を切り抜き、それをガイドとして使うことです。

ガラス板を2枚とも丁寧に洗浄・乾燥させ、それぞれに白いシェラックを薄く2度塗りします。乾燥後、片方のガラス板を型紙の上に置き、型紙上の一番大きな円と板の外側が重なるように置きます。

次に、プレートの中央に重りを置き、動かないようにします。そして、16個のアルミ箔の扇形部分を厚いシェラックでプレートに貼り付けます。扇形部分は、8インチと16インチの円と放射状の線をガイドとして、プレート上に対称的に配置されます。両方のプレートをこのように扱います。各扇形部分をガラスに慎重に押し付け、気泡やシワが入ることなく滑らかに貼り付けます。すべての扇形部分が所定の位置に置かれると、プレートは図35のようになります。

ボスは木工所か旋盤のある場所で加工する必要があります。ボスの大きい方の直径は4インチ、もう一方の直径は1.5インチです。それぞれのボスの小さい方の端近くに、丸い革ベルトを通すための溝が彫られています。

各ボスには、小さい方の端から半分ほどの位置に穴を開けます。これらの穴に、内径1/2インチの真鍮管を差し込みます。管は穴にぴったりと収まり、「押し込み嵌め」の状態になる必要があります。

図36.—ボスの1つの側面図。使用されている真鍮ブッシングを示しています。
図36.—ボスの1つの側面図。使用されている真鍮ブッシングを示しています。
ボスは両方ともシェラックでコーティングし、乾燥後、アルミ箔セクターを取り付けた側のガラス板に固定します。最適な方法は、ディスクを型紙の上に置き、外縁が最大の円と一致するように調整することです。

次に、ボスの 1 つの平らな面に重クロム酸塩接着剤を塗布し、後者をプレートの中央の最小の円に沿って配置します。

ボスの上に重しを置き、プレートにしっかりと押し付けて、一晩、または 10 ～ 12 時間、完全に乾燥するまで放置します。

接着剤は、ブリキのカップに高級接着剤を入れ、冷水を注ぎます。接着剤が水分を吸収して柔らかくなるまで放置します。その後、水を捨て、接着剤が浸るくらいの量の氷酢酸を加えます。

混合物を加熱し、完全に滑らかになるまでかき混ぜながら液状になるまで煮詰めます。接着剤に重クロム酸カリウムの粉末を小さじ1杯加えます。

接着剤は日光によって固まり、溶けなくなるため、暗い場所に保管する必要があります。

機械のフレームは、長さ 25 インチ、幅 3 インチ、厚さ 1 インチ半の 2 つのストリップと、同じ厚さと幅で長さ 15 インチの 2 つの横木で構成されています。

図37.—フレーム。
図37.—フレーム。
支柱の脚が通るようにベースの両側に切り込みが入れられています。

支柱の長さは 17 インチ、幅は 3 インチ、厚さは 1.5 インチです。

図38.—直立した状態。
図38.—直立した状態。
脚部の切り込みは、フレームの長い部材の厚さと同じ幅で切られており、所定の位置に取り付けると、垂直の脚部が横木の底部と一列になってテーブル上に載るように配置されています。

駆動輪は旋盤で木材から削り出されます。直径は7インチ、厚さは7/8インチです。端には小さな丸い革ベルトを通すための溝を彫ります。駆動輪は、丸いカーテンポールから作った木製の車軸に取り付けられています。駆動輪は車軸に接着され、溝がボスに彫られた滑車の真下にくるように配置されています。

図39.—駆動輪と車軸。
図39.—駆動輪と車軸。
車軸の端は、底から 5 インチ上の垂直部分を通ります。

車軸の前端にはクランクとハンドルが取り付けられています。

図40—ボスと車軸。図を分かりやすくするためにプレートは省略しています。
図40—ボスと車軸。図を分かりやすくするためにプレートは省略しています。
プレートは、支柱の上部を貫通して真鍮のブッシングに差し込まれた短い鉄製の車軸に取り付けられています。各車軸の一端は、木製の支柱を貫通する部分が平らに削られており、止めネジでしっかりと固定され、回転を防止します。

小さなファイバー ワッシャーを 1 つのガラス ディスクの中央に固定し、プレートを分離して、回転時にプレート同士が接触しないようにします。

コレクター、四分円ロッドなどは、直径1インチのガラスロッドに取り付けられています。ロッドの底部は、図37に示すように、ベースの横木に開けられた穴（HH ）に収まります。上端にはそれぞれ、直径2インチの真鍮製ボールが取り付けられています。ボールは、真鍮製の管をボールに半田付けし、ロッドにかぶせることでロッドに取り付けられます。ロッドの長さは、ボールの中心がプレートの中心と一直線になるように適切な長さにする必要があります。

図41—ボール、コームなどがガラス棒にどのように取り付けられているかを示します。
図41—ボール、コームなどがガラス棒にどのように取り付けられているかを示します。
図42に示すように、直径3/16インチの真鍮棒でフォークを2本作り、両端に真鍮のボールをはんだ付けします。フォークの長さは11インチです。

通常の裁縫用ピンを半分に切ってハンダ付けした「プロング」とピンに、多数の小さな穴を開けます。これらのピンはフォークに取り付けられ、櫛歯またはコレクターを形成します。

ガラス棒の上部にある真鍮棒のそれぞれに水平の穴を開け、フォークの柄を通し、はんだ付けして固定します。

一方のシャンクの先端には、図44のDBに示すように放電球が取り付けられている場合があります。もう一方のシャンクには、棒材から作られた硬質ゴム製のハンドルが取り付けられています。各真鍮球の上部に、スパークギャップを形成する四分円ロッドを差し込むための3/8の穴を直接開けます。

図42.—櫛またはコレクター。
図42.—櫛またはコレクター。
四分円ロッドはプレートの上部まで伸びており、直径は3/8インチです。ボールの上部に取り付けられているため、動かしたり、完全に取り外したりすることができます。

直径 3/4 インチの小さな真鍮ボールを 1 つの象限ロッドの上部にはんだ付けし、直径 2 インチの同様のボールをもう 1 つの象限ロッドの上部にはんだ付けします。

図 43.—ティンセル ブラシが「中和剤」ロッド上にどのように配置されているかを示します。
図 43.—ティンセル ブラシが「中和剤」ロッド上にどのように配置されているかを示します。
直径2インチの大きな真鍮製のボール2個を、支柱から突き出た車軸の両端に取り付けます。それぞれのボールに車軸に対して直角に1/4インチの穴を開け、1/4インチの真鍮棒を差し込んでしっかりとはんだ付けします。

図44.—ウィムズハースト電気機械の完成図。
図44.—ウィムズハースト電動機械の全体図。BBBB、ブラシ。CC、コーム。DB、放電ボール。II、ガラス棒。H、ハンドル。QQ、象限棒。SSSSS、セクター。SG、スパークギャップ。PP、駆動輪。見やすくするために、いくつかのセクターは示されていません。
ロッドの端には、たくさんの金糸または細い銅線を取り付けて曲げ、ディスクが回転したときにそのブラシがディスク上のセクターにちょうど接触するようにする必要があります。

これらは中和装置であり、図 44 に示すようなおおよその位置に配置されています。

駆動輪は小さな円形の革ベルトでボスに接続されています。機械後部のベルトは交差しており、プレートを反対方向に回転させます。

機械が正しく組み立てられていれば、すぐに使用できます。初めて使用する際は、充電が必要な場合があります。充電した電気炉のカバーをいくつかのセクターに接触させて充電してください。その後、ハンドルを回すと、蓄積された電気が機械上部のスパークギャップに明るい青色の火花となって放電します。

電気機械を使った実験
電気機械を使えば、多くの興味深い実験を行うことができます。その数はほぼ無限です。最も役立つ実験をいくつか以下に紹介します。その他の実験は、ほとんどすべての物理学の教科書に記載されています。

ライデン瓶は、ガラス瓶の外側と内側の両面に錫箔を部分的にコーティングしたものでできています。木製の栓には真鍮の棒または太い銅線が通されており、小さな真鍮の鎖で内側の錫箔と繋がっています。棒の上部と外側の端には、通常、真鍮の球またはノブが付いています。

良質のライデン瓶を作るのは非常に簡単です。

図45.—ライデン瓶。
図45.—ライデン瓶。
コーティングを施す前に、瓶はしっかりと洗浄し、乾燥させます。その後、内側にシェラックまたはニスを丁寧に塗ります。乾く前に、アルミホイルを慎重に挿入し、ガラスに滑らかに押し付けます。瓶の外側も同様に処理し、コーティングします。底の内側と外側にも、アルミホイルを円形に切り、シェラックでコーティングします。

ライデン瓶を充電するには、瓶の底部付近を手で掴み、機械のハンドルを回しながらノブを主導体に当てます。

図46.—火薬に点火するための木製の乳鉢。
図46.—火薬に点火するための木製の乳鉢。
火薬に点火する。堅木に直径1.5インチ、深さ1インチの穴を開ける。側面の穴に2本の細い真鍮線を通し、線の両端を約1/8インチ離す。線の上に少量の火薬を軽く流し込む。十分に湿らせた7.6cmの長さの綿紐を線の1本に結び付け、充填したライデン瓶の外側のコーティングに取り付ける。

瓶のつまみをもう一方のワイヤーに接続します。火薬はすぐに爆発します。この実験を行う際は、顔や手を火薬に近づけないでください。

図47.—電気傘。
図47.—電気傘。
電気傘。ピスボール検電器の作用によって示された、同様に帯電した物体の反発力は、幅約1/8インチ、長さ4インチの細長いティッシュペーパーを、アルミホイルで覆った小さなコルクに貼り付けることで、よりよく説明できる。コルクは、瓶の中に支えられた硬い銅線の上端に取り付けられている。銅線を主導体に接続し、装置を始動させると、細長いティッシュペーパーは傘のように広がる。

ライトニングボード。ガラス板を丁寧に洗浄し、シェラックまたはニスを塗ります。ニスが乾く前に、ガラスの片面を覆うのに十分な大きさのアルミホイルを押し当て、滑らかにこすります。

図48.—ライトニングボード。
図48.—ライトニングボード。
シェラックまたはニスが乾いたら、鋭利なナイフと定規を使用して、アルミホイルを無数の小さな正方形に切り、ガラス板の端にアルミホイルの 2 本の細い帯を残します。

ガラス板は、ボトルのコルクの溝に接着剤で固定します。アルミ箔の片方を主導体に、もう片方をアースまたは人体に接続します。機械を回すと、アルミ箔の四角の間を無数の小さな火花が飛び交い、雷によく似た光景が広がります。

図49.—エレクトリックダンス。
図49.—エレクトリックダンス。
電気ダンス。ランプの煙突の上部を切り取って作った高さ約2.5～3インチのガラスの円筒の中に、コルクまたは髄でできた小さなボールが多数詰め込まれています。円筒の上部と下部は、真鍮または銅の円板で閉じられています。上部の円板は主導体に接続され、下部の円板はゴムに接続されています。機械を動かすと、小さなボールが上下に踊ります。男性や女性の姿を表すために、髄やコルクのボールだけでなく、羽根や紙を切って使うこともできます。

電気渦巻き。この渦巻きは、両端が尖ったS字型の真鍮線で構成されており、中央にポンチで作られた小さな円錐形の窪みを通して針に支えられています。

図50.—電気渦。
図50.—電気渦。
針はボトルの口のコルクに差し込まれ、電気機械の主導体に接続されています。主導体が動き出すと、渦巻きが高速で回転し始めます。

リヒテンベルク図は、ノブまたは内部コーティングを主導体に接続し、外側のコーティングを手に持ってライデン瓶に充電することで生成できます。

次に、ノブを使用して電気泳動ベッド上に小さな円を描きます。

外側のコーティングを主導体に接続して、2 番目のライデン瓶を充電します。

内側の被覆は、ノブに固定されたワイヤーを介してゴムに接続する必要があります。外側の被覆を主導体に接続し、ノブに手で触れることによっても同じ結果が得られます。

次に、ノブを使用して電気泳動ベッド上に十字を描き、円の内側に十字を描きます。

図 51.—リヒテンベルグの図形。
図 51.—リヒテンベルグの図形。
モスリン袋に赤鉛と硫黄の混合物を入れ、電気泳動部の上数インチの高さから振ります。

鉛丹は十字架の周りに蓄積され、硫黄は円の周りに蓄積されます。

セルとバッテリー
第4章 セルとバッテリー
若い実験者がさまざまな電気機器を駆動するための電力を得るためには、電池、小型発電機、または家の照明用電流に頼る必要があります。

すべての家に電気が通っているわけではありません。さらに、多くの少年たちは小型発電機を動かすための電源を持っていません。そのため、ほとんどの場合、電池に頼らざるを得ません。

この章では、様々な種類のセルとバッテリーについて説明します。どれも実用的なものですが、亜鉛や化学薬品などを購入し、ある程度の期間使用した後、バッテリーの製造コストを計算してみてください。真の価値は、金銭的なコストではなく、製造過程で得られる知識にあります。小型電気機器を動かすために継続的に電流を使用する場合は、乾電池、あるいはさらに良い方法として蓄電池を購入し、必要に応じて充電する方が安価です。

まずは自分でバッテリーを組み立ててみましょう。そして、バッテリーの作り方や適切な取り扱い方を学んだら、信頼できる電気店から購入しましょう。

電池は一般の実験者にとって常に興味深いものであり、適切に作られれば、家庭、実験室、あるいは作業場で作ることができる最も便利な装置の一つとなります。完璧な電池を発見あるいは考案するために、有能な人々によって何十万回もの実験が行われており、そのような電池のリストは非常に膨大です。

説明のために選んだのは、構築が簡単で安価でありながら、十分な機能を発揮する最も一般的な形式だけです。

セルは通常、バッテリーを構成する要素または容器の1つとみなされます。セルは1つのセルのみを指しますが、バッテリーは複数のセルの集合体です。1つのセルのみを指す場合に「バッテリー」と言うのは正しくありません。これは非常によくある間違いです。

ボルタ電池は、発明者であるパヴィア大学の教授ボルタにちなんで名付けられ、その歴史は 1786 年頃に遡ります。

図52.—ボルタ電池。
図52.—ボルタ電池。
簡単なボルタ電池は、少量の硫酸を混ぜた水をガラスのタンブラーに入れ、そこに亜鉛と銅の2枚のきれいな帯板を浸すだけで​​簡単に作れます。帯板は互いに離して保管してください。硫酸は、その体積の約10倍の水で薄めてください。酸と水を混ぜる際には、決して酸に水を注がず、逆に酸を水に注ぐようにしてください。各帯板の上部には銅線が​​ネジまたははんだ付けで固定されていますが、線同士が離れているように注意する必要があります。

すでに述べたように、亜鉛と銅は溶液内で決して接触させてはならず、瓶の反対側に保たれなければなりません。

硫酸溶液は亜鉛を攻撃し、ゆっくりと分解して消滅させます。この反応は 酸化と呼ばれ、実際には非常にゆっくりとした燃焼過程です。亜鉛の消費によって電気エネルギーが供給され、この電池の場合、ベルやブザーを鳴らしたり、非常に小さなおもちゃのモーターを動かしたりするのに十分な電力が得られます。

銅板を酸溶液に浸すとすぐに、亜鉛から泡が立ち始めます。これらの泡には水素と呼ばれるガスが含まれており、化学反応が起こっていることを示しています。亜鉛は溶解し、水素ガスは酸から遊離しています。銅板からは泡が発生しておらず、化学反応はほとんど、あるいは全く起こっていないことがわかります。言い換えれば、一方の銅板の化学反応がもう一方の銅板よりも強いようです。

細胞は炉に例えることができます。炉の中で亜鉛が燃料として燃焼し、エネルギーが供給されます。亜鉛は空気中で燃焼または酸化されると、熱という形でエネルギーを放出することが知られています。また、他の金属の存在下で酸の中でゆっくりと燃焼または酸化されると、電気という形でエネルギーを放出します。酸は火、銅は電流を拾うために細胞に差し込むが、化学的には関与しない手です。

各プレートに電線を接続し、電線の自由端を舌の先に触れると、口の中に独特の塩味が生じ、電流が流れていることを示します。

電線を電気ベルに接続すればベルが鳴りますが、代わりに電流を利用して小型モーターを動かすこともできます。セルが亜鉛板2枚または銅板2枚で作られている場合、電気が発生しないためベルは鳴りません。電流を発生させるには、酸の作用が異なる2種類の材料で電極を作る必要があります。亜鉛と炭素板、または亜鉛と鉄板で作られたセルから電流を得ることができます。

したがって、バッテリーを作るには、消費される可能性のある金属、それを消費または酸化する化学物質、そして単に電気を集めるためだけに存在する不活性な要素が必要です。

2枚の板に接続された電線を接合すると、電流は銅板から電線を通って亜鉛へと流れます。銅は正極、亜鉛は負極と呼ばれます。

シンプルなボルタ電池は、長さ3.5インチ（約8.7cm）、幅1インチ（約2.5cm）の亜鉛板と銅板を切り出すだけで簡単に作ることができます。銅板の上端に小さな穴を開け、図53に示すように、ネジで木板に固定することができます。接続線はネジの頭の下に配置します。電極を木板に固定する際には、ネジが正反対にならないように注意し、ネジ同士が接触して短絡する危険がないようにしてください。

図53.—単純なボルタ電池の要素。
図53.—単純なボルタ電池の要素。
図54.—自家製ボルタ電池。
図54.—自家製ボルタ電池。
普通のタンブラーやゼリーグラスでも電池瓶として使えます。刺激液は以下のものを使用してください。

硫酸1部
水10倍
ボルタ電池の欠点の 1 つは、分極することです。つまり、化学反応によって解放された小さな水素の泡が銅板に集まり、電池の強度が急速に低下します。

亜鉛や銅と呼ばれる元素は数多く存在し、さらに硫酸の代わりにセルを作るために使用できるさまざまな溶液や励起剤も数多く存在し、ほぼ無限の組み合わせが考えられます。

ルクランシュ電池。ベルや電話などに用いられる最も一般的な電池の一つは、発明者にちなんでルクランシュ電池と呼ばれています。この電池は、塩化アンモニウム溶液に浸された亜鉛と炭素の二つの要素で構成されています。この電池の起電力は1.4ボルトで、ボルタ電池の約半分です。

図55.—炭素円筒セルとシリンダー。
図55.—炭素円筒セルとシリンダー。
ルクランシュ電池の最も一般的な形態を図55に示します。このタイプの電池は、正極が中空の炭素円筒であるため、「炭素円筒」電池として知られています。亜鉛は棒状で、炭素円筒の中央に設置された磁器製ブッシングを貫通しています。このような電池は、開回路でのみ使用できます。「開回路」は、ベル、盗難警報装置、電話回線など、ほとんどの時間「開」状態にあり、電流が時折、しかも短時間しか流れないような回路に使用されます。

相当長い時間電流が流れると、炭素シリンダーに水素ガスが集まり、セルは分極します。分極すると、十分な電流が流れなくなります。

この困難を克服するために多くの方法が考案されてきましたが、最も優れた方法でさえ部分的にしか成功していません。

通常の方法は化学脱分極剤を使用することです。図56は脱分極剤 を備えたルクランシュセルを示しています 。

炭素は皿の形をしており、陶器で作られた多孔質のカップ内に置かれ、二酸化マンガンが充填されています。

化学者は二酸化マンガンは酸化剤に分類しており、これは比較的容易に酸素を供給することを意味します。酸素と水素は強い化学的親和性、つまり引力を持っています。

図56.—多孔質カップを示すルクランシュセル。
図56.—多孔質カップを示すルクランシュセル。
炭素板が二酸化マンガンに詰められている場合、炭素上に集まりセルを分極する傾向がある水素は、直ちに二酸化マンガンの酸素に捕捉され、結合して水を形成します。

このタイプのルクランシュ電池はディスク型と呼ばれ、炭素円筒型電池よりも強い電流をより長時間供給できます。亜鉛は通常円筒形で作られ、多孔質カップの外側に取り付けられます。

乾電池は、その利便性と高効率性により、現在ではあらゆる開回路作業に広く使用されています。

乾電池は、その名の通り「乾いた」電池ではありません。励起剤または電解質は液体ではなく、液体ではなく湿ったペースト状になっており、こぼれたり溢れたりする心配がありません。電池の上部には溶融ピッチが注がれており、これにより密閉されているため、電池をあらゆる方向に設置できます。

乾電池は、ほとんどの電気店や修理工場で1個25セントで購入できます。そのため、若い実験者が自分で乾電池を作るのは、ほとんど利益にならないでしょう。しかし、もし自分で作ってみたいという方のために、ドアベルや点火装置などに使われるような、シンプルながらも効率的な乾電池の作り方を以下にご紹介します。

図57.—乾電池。
図57.—乾電池。
乾電池の原理は、ディスク型ルクランシュ電池と同じです。励起溶液は塩化アンモニウム、電極または要素は亜鉛と炭素で、炭素は脱分極剤として二酸化マンガンに囲まれています。

配管工か金物店で亜鉛板を入手し、セルを作るのに必要な数だけ、8×6インチの長方形を切り出します。また、直径2 3/8インチの円も同数切り出します。

シートを内径2 3/8インチ、長さ6インチの円筒状に巻きます。端は重ね合わせてはんだ付けします。それぞれの円筒の端に円形のシートを1枚ずつ取り付け、しっかりとはんだ付けします。電解液の漏れや蒸発の原因となる継ぎ目や接合部はすべて塞ぐように注意してください。

古い乾電池を割って、炭素棒または極板をいくつか用意します。炭素棒は、電池のメーカーによって、平板、丸棒、星型の波形棒など様々な形状があります。いずれの炭素棒でも、上部に蝶ネジまたは小さなボルトナットを取り付けて、炭素棒と配線を接続すれば、目的に十分対応できます。

選んだカーボンと同じ形ですが、少し大きめの木製プランジャーを作ります。サンドペーパーで滑らかにし、吸湿を防ぐためにシェラックを塗ります。

この木製プランジャーは、亜鉛製カップの 1 つの中央に一時的に挿入され、底から約 1/2 インチの高さになるように支えられます。

電解質は、以下の成分を示されている割合で混合することによって調製されます。

塩化アンモニウム1部
塩化亜鉛 1部
石膏。3つの部分
小麦粉 3/4部
水 2部
図58.—乾電池の製造に必要なさまざまな操作。
図58.—乾電池の製造に必要なさまざまな操作。
上記のペーストを木製プランジャーの周りの亜鉛メッキのシェルにしっかりと詰め込み、上部に約3/4インチの隙間を残します。ペーストは混ぜた直後は非常に簡単に流し込むことができますが、しばらく置いておくと固まります。

固まったら、木製のプランジャーを引き抜き、乾電池の内側に炭素より少し大きい空間を作ります。この穴に炭素が挿入され、周囲の空間は以下の成分の混合物で満たされます。

塩化アンモニウム1部
塩化亜鉛 1部
二酸化マンガン 1部
粒状炭素1部
小麦粉 1部
石膏。3つの部分
水 2部
粒状のカーボンは、古い電池のカーボンを砕くことで得られます。上記の両方の式で示されている分量は、重量ではなく体積で計量できるように調整されています。古いティースプーンや小さなカップで計量するのが良いでしょう。

それぞれの亜鉛殻をこのように充填します。すべて充填したら、亜鉛の上端をきれいに拭き取り、セル内の残りの空間に溶融タールまたはピッチを注ぎ込み、密閉します。

接続を容易にするために、亜鉛メッキの上端に小さな端子をはんだ付けします。次に、ショートを防ぐため、セルを厚手の紙で何枚か重ねて包み、使用準備完了です。

シーリング材が乾燥した後、小さな穴を開けると、ガスを逃がすための通気口が設けられます。

乾電池の充電は、ほとんどの実験者が興味を持つテーマです。

乾電池は、亜鉛シェルが使い果たされるか、化学物質がなくなる前に、電池内の水が乾燥して抵抗が非常に大きくなり、電流を流すことが事実上不可能になるため、使用できなくなることがよくあります。

このようなセルの寿命は、セルに数個の穴を開け、塩化アンモニウムの濃い溶液に浸して液体を吸収させることで部分的に回復させることができます。その後、蒸発を防ぐため、穴を封蝋で塞ぎます。

古い乾電池は、亜鉛メッキ鋼板にドリルで穴を開け、塩化アンモニウム水溶液を入れた瓶に入れることで簡単に「湿式」電池に変えることができます。電池は水溶液に浸したままにしておいてください。

湿式電池は乾式電池よりも製造がはるかに簡単で、より大きな電流を流すことができます。

しかし、使用していないときは乾電池よりも早く消耗してしまうという欠点があります。

ルクランシュセルは、一般的にほとんどの実験者が最初に試みるタイプです。

このような電池を作るための炭素板は、古い乾電池から最も容易かつ安価に入手できます。乾電池を割るには、冷間ノミとハンマーを使うのがほぼ唯一の方法です。ただし、炭素板を壊さないように注意が必要です。

小型電池用の瓶としては、普通のゼリーグラスが適しています。果物瓶は、開口部を大きくするために上部を切り落とせば、大型電池の容器として使用できます。乾電池に使用されている炭素棒は通常、この種の瓶には長すぎるため、使用する前に折り取る必要があります。上部には接続用の端子が付いているため、下端を折り取る必要があります。炭素棒の底から使用する瓶の高さと同じ距離の位置に小さな穴を開けます。

図59.—厚板から作られた亜鉛炭素要素。
図59.—厚板から作られた亜鉛炭素要素。
カーボンは非常に脆く、割れやすいため、穴あけ作業には細心の注意が必要です。ドリルにはごく軽い力で穴を開けてください。カーボンは、幅約1.5インチ（約2.5cm）、厚さ約1.25インチ（約3.5cm）、ガラス瓶の口幅より少し長い木片に固定します。

図60.—炭素棒からセル要素を作成する方法。
図60.—炭素棒からセル要素を作成する方法。
カーボンの反対側には、厚手の亜鉛板をネジで固定します。ネジと、亜鉛板とカーボン板の周囲に熱いパラフィンワックスを塗っておくと、溶液が浸透してネジを侵すのを防ぐことができます。また、最初に木片を熱いパラフィンに完全に浸しておくのも良いでしょう。

塩化アンモニウム、あるいはより一般的には塩化アンモニウム塩と呼ばれるものを、水を入れた瓶に、溶けなくなるまで加えます。その後、亜鉛と炭素元素を溶液に加えます。

ボルタ電池の大きな欠点の一つは、電池を使用していない時に亜鉛が酸に侵され、溶液中に放置しておくと急速に消耗してしまうことです。ルクランシュ電池の場合、これはごくわずかしか当てはまりません。ボルタ電池はルクランシュ電池よりも強力ですが、電池を使い終わったら毎回、電池の各部を注意深く取り出し、水で洗い流す必要があります。炭素板を1枚ではなく複数枚使用することで、電池の電力を高めることができます。図には、その方法をいくつか示しています。最も簡単な方法は、木片の両側に炭素板を1枚ずつ置き、その間の穴に棒状の亜鉛を通す方法です。電池内で炭素板や亜鉛板を固定するネジは、互いに接触しないように常に注意する必要があります。

図61. 2枚の炭素板と亜鉛棒で作られた要素。
図61. 2枚の炭素板と亜鉛棒で作られた要素。
図62は、4つの炭素元素を用いた配置を示しています。図を見れば一目瞭然です。複数の炭素元素を用いたセルでは、すべての炭素元素が連結されている必要があります。

ボルタ電池について議論した際に、電池が分極するという事実に触れ、この現象は銅または正極に水素の泡が集まることで発生すると説明しました。炭素やその他の正極として使用される材料の場合も同様のことが起こります。

分極は電池にとって「悩みの種」です。しかし、溶液に「脱分極剤」を加えることで、ある程度まで除去することができます。そのような物質はいくつかありますが、最も一般的なのは重クロム酸ナトリウムと 重クロム酸カリウムです。これらは、「電気砂」「電解液」などと呼ばれる市販の電池用製剤に使用されています。

図62. 4枚のカーボンプレートを取り付ける方法。
図62. 4枚のカーボンプレートを取り付ける方法。
これらのいずれかを硫酸溶液に加え、亜鉛と炭素を電池要素として使用すると、2ボルトのEMFを持つ非常に強力なセルが形成されます。

この種の電池溶液は、硫酸4オンスと水16オンスの混合液に重クロム酸カリウム4オンスを加えることで作ることができます。この溶液を通常の硫酸と水、または塩化アンモニウムの代わりに使用すると、電池はより強力な電流をより長時間供給できます。

図63.—3つのセル用に配置されたバッテリー要素。
図63.—3つのセル用に配置されたバッテリー要素。
この時点で、実験者に対して硫酸の不注意な取り扱いについて警告しておくのがよいでしょう。硫酸は適切に取り扱えば危険ではありませんが、不注意にこぼしたり飛び散ったりすると、接触するほとんどのものにかなりの損傷を与える可能性があります。店舗または地下室以外では使用しないでください。木工品、衣類、カーペットなどの有機物にほんの少し滴が触れただけでも、変色するだけでなく、穴が開いてしまいます。こぼれたり飛び散ったりした酸の影響を打ち消すには、対象物をびしょ濡れにし、酸が無害になるまで十分に薄めるのに十分な量の水を使用することです。少量の強アンモニア水は酸を中和し、酸で焦げた衣類の色を復元することがあります。

図64.—ウィンドラスを備えたプランジバッテリー。
図64.—ウィンドラスを備えたプランジバッテリー。
この種の酸性電池に共通する唯一の欠点は、亜鉛を無駄にすることなく電池要素を溶液中に放置することが不可能であるということです。電池セルを溶液から最も容易に取り出せるように配置するための一般的な方法は、クランク付きの巻き上げ機にチェーンまたはコードを通して要素を固定することです。クランクを回すと、要素が必要に応じて上下します。

この種の「プランジバッテリー」を図64に示します。構造は図に非常に明確に示されているため、詳細を説明する必要はほとんどありません。クランクにはダボピンが取り付けられており、このダボピンはフレームの穴に貫通しています。そのため、部品を溶液から引き上げる際に、このピンが穴に挿入され、巻き上げ機が巻き戻されるのを防ぎます。

図65.—図63に示すように、要素のセットに適合したプランジバッテリー。
図 65.—図 63 に示すように、エレメントのセットに適合したプランジ バッテリー。エレメントは持ち上げて「アーム」の上に置いて排水することができます。
同じ結果を得るためのやや簡単な方法は、図 65 に示すとおりです。この方法では、要素を単に瓶から持ち上げ、2 つの「アーム」を横切って置いて排水します。

エジソン・ラランド電池は、加圧成形した酸化銅の塊を正極として、2枚の亜鉛板を負極として用います。励起液は苛性ソーダの濃溶液です。

図 66.—エジソン・ラランドセル。
図 66.—エジソン・ラランドセル。
銅酸化物は、正極要素と減極剤の両方として機能します。酸化物の酸素は、プレート上で形成される傾向のある水素とすぐに結合するためです。

このタイプのセルにはいくつかの利点がある一方で、多くの欠点もあります。中でも特にEMFが非常に低いことが挙げられます。主に鉄道信号機やスロットマシンなどに使用されます。

苛性ソーダを励起液体として使用するトマト缶電池は、自家製電池のシンプルな形式ですが、唯一の欠点は供給される電圧が低いことです。

図67.—トマト缶セルの断面図。
図67.—トマト缶セルの断面図。
図68.—トマト缶セル完成。
図68.—トマト缶セル完成。
セルは分極しやすいですが、正極要素の大きな表面により、ある程度は分極が保護されます。

正の要素と外側の容器はトマト缶です。その中には、吸取紙で作られた多孔質のカップ、または植木鉢のような素焼きの陶器が入っています。

缶と多孔質カップの間の空間には、ボーリングや旋削くずなどの細かい鉄スクラップが詰められ、多孔質カップ内には亜鉛板が敷かれています。

セルには10パーセントの苛性ソーダ溶液が満たされています。

次の表には、最も有用な電池の名前、要素、液体、電圧などが示されています。これらはすべて、実験者が簡単に作成できます。

便利な電池一覧表
二次電池または蓄電池
蓄電池は、ある時間や場所でエネルギーを蓄え、別の時間や場所で使用できるようにする非常に便利な手段です。

自動車では、ヘッドライトやスパークコイルに電流を供給するために小型蓄電池が使用されています。現在では多くの自動車に「電動スターター」が搭載されており、これはダイナモモーターと蓄電池を組み合わせたものです。スイッチを入れると、蓄電池からの電流がモーターを駆動し、エンジンを始動させます。エンジンが始動すると、モーターはダイナモとして機能し、蓄電池を充電するための電流を発生させます。

蓄電池は電気自動車や自動車の駆動にも使われます。

多くの中央照明や発電所では、ラッシュアワー時の余剰電力を供給するために蓄電池が使用されています。日中の「負荷」が軽い時間帯には、発電機の余剰電流が蓄電池の充電に使用されます。

蓄電池で実際に行われているのは、電気エネルギーの蓄電であり、電気そのものの蓄電ではありません。厳密に言えば、エネルギーは化学エネルギーの形で蓄えられており、 充電時と放電時でセル内の電気量に差はありません。

図69.—異なる電圧と電流値を得るためにセルを接続する2つの方法。
図69.—異なる電圧と電流値を得るためにセルを接続する2つの方法。
蓄電池は、鉛の板（電極）または「グリッド」またはフレームワークに鋳造された鉛の合金で構成されています。

フレームワークは多数のパターンのうちの 1 つですが、通常は、間にスペースを残して直角に交差する一連のバーから構成されます。

空間には酸化鉛のペーストが充填され、酸溶液の入ったタンクに置かれ、電流源に接続されることで「形成」されます。

図70.—小型蓄電池
図70.—小型蓄電池
正極線に接続された極板は、ペーストの変化により徐々に暗褐色に変色し、徐々に過酸化鉛へと変化します。負極板のペーストは灰色に変色し、スポンジ状鉛と呼ばれる金属鉛へと変化します。

成形工程が完了すると、正極板と負極板は束ねられ、セパレーターと呼ばれる木片またはゴム片によって分離されます。

一つのセルの負極板はすべてセルの一端で並列に接続されています。正極板はもう一端に接続されています。プレートの周囲を流れる液体は希硫酸です。

バッテリーが消耗した場合、ダイナモをバッテリーの端子に接続し、電流を流すことで充電します。この電流は、バッテリーの放電中に起こる化学反応を逆転させます。

蓄電池は、あらゆる種類の電気実験を行うための最も便利な電源です。乾電池よりも長時間、より多くの電流を供給でき、充電するだけで済むため、電流を使い切るたびに廃棄する必要がないため、費用もかかりません。

以下に説明するストレージセルは非常に簡単な方法で作成され、構築に費やした時間や費用は十分に回収できます。

図71.—貯蔵セル用のプレートの作り方。
図71.—貯蔵セル用のプレートの作り方。
プレートは厚さ1/4インチの大きな鉛板から切り出されます。実験者が手元に持っている瓶に合うように、都合の良いサイズに作ることができます。ここでは、幅2.78インチ、長さ3.5インチと仮定します。このプレートは、市販の長方形のガラス製貯蔵セルに収まります。この貯蔵セルは電気製品販売店から入手できます。

図 71 に示すように、長い端子またはラグがプレートから突き出たままになります。

ガラス瓶の大きさにもよりますが、一つのセルには何枚でもプレートを入れることができます。ここでは3枚がちょうどガラス瓶に収まると仮定します。プレートは常に奇数枚使用し、正極プレートが負極プレートの間に来るようにします。

プレートの数に関わらず、各セルは2ボルトの電圧を出力します。しかし、プレートの数を増やすと、セルの電流容量が増加し、充電時間が長くなります。3つのセル（6ボルト）は、小型ファンモーターや小型ライトなどを動かすのに便利なセットです。

9枚の板を切り出し、3枚ずつ重ねます。各板の間には薄い木片（葉巻箱用の木片など）を挟みます。万力で固定し、1/4インチの穴をいくつも開けます。

版は貼り付ける準備が整いました。滑らかな石板またはガラス板の上に置き、丹鉛と硫酸（水2に対して硫酸1）の固い混合液で貼り付けます。ペーストは平らな棒で版の凹部に慎重に押し込みます。その後、乾燥させて硬化させるため置いておきます。

図72.—木材分離機。
図72.—木材分離機。
完全に乾燥させた後、図73のように、正極板1枚を負極板2枚の間に挟むように組み立てます。木製の「セパレーター」は、のこぎりとペンナイフを使えば簡単に切り出せます。桃の籠を作るのに使われる薄い木材が最適です。セパレーターは鉛蓄電池の極板と同じサイズにしてください。

次に、各プレート群を硫酸と水の混合液（水4に対して硫酸1）が入った瓶に入れます。酸を混ぜる際は、酸を水に注ぎ、同時に混合物をゆっくりとかき混ぜるように注意してください。ただし、水が酸に流れ込まないようにしてください。

図73.—ストレージセルの完全な要素。
図73.—ストレージセルの完全な要素。
プレートはこれで「成形」の準備が整いました。プレートの端子の端子部分は、古い乾電池のカーボンで固定できます。プレートを「成形」する最も簡単な方法は、4つの重力セルを使用し、一度に1つの蓄電池セルを「成形」することです。

図74.—自家製蓄電池のバッテリー。
図74.—自家製蓄電池のバッテリー。
重力電池の正極（銅）を蓄電池の正極（中央極）に、負極（亜鉛）を蓄電池の負極（外側極）に接続します。数日間、または正極がダークチョコレートブラウン、負極がグレースレート色になるまで、蓄電池に電流を流します。

図75.—重力セル。
図75.—重力セル。これは、亜鉛と銅の要素を硫酸亜鉛銅溶液に浸したものから構成されています。簡単には作れないため、購入するのが最善です。図には、重力セルで使用される星型の銅と「クロウフット」亜鉛の要素も示されています。
セルが一度「形成」された後は、充電電流の正極を蓄電池の正極プレートに接続し、負極を負極プレートに接続して、重力セルまたはダイナモから時々充電するだけで済みます。

セルが完全に充電されると、プレートからガスの泡が自由に上昇します。ダイナモを使用する場合は、「直列」巻きではなく「並列」巻きにする必要があります。再充電には、成形にかかる時間の約4分の1しかかかりません。

12個の重力セルを直列に接続し、蓄電池を充電するという計画は非常に有効です。重力セルは蓄電池が使用されていない間も常に接続しておくことができるため、常に完全に充電され、最大電流を供給できる状態を維持できます。

セルをしばらく使用した後、プレートを取り出して、瓶の底に沈殿した沈殿物をすべて取り除くことをお勧めします。

このような蓄電池を3個組み合わせると、起電力は6ボルトを超えます。より高い電圧を得るために、任意の個数を直列に接続することも可能です。

蓄電池の定格は通常「アンペア時間」で表されます。1アンペア時間とは、1アンペアが1時間に流れる電流量です。10アンペア時間の蓄電池は、以下の電流を供給します。

1アンペアで10時間
2アンペアで5時間
5アンペアで2時間
1時間あたり10アンペア
つまり、アンペア数と時間（時間）を掛け合わせた値がアンペア時間容量となります。

3 セルの蓄電池を充電するには、ダイナモに約 10 ボルトの EMF が必要です。

電磁気学と磁気誘導
第5章 電磁気学と磁気誘導
2本の銅線をボルタ電池に接続し、コンパスの針に沿わせて銅線を水平に伸ばします。針とできるだけ近づけて、針に触れないようにします。次に、銅線の端を合わせ、針が振れ、数回前後に動かした後、針に対して斜めに止まるのを観察します。

図 76.—電線を流れる電流はコンパスの針を偏向させます。
図 76.—電線を流れる電流はコンパスの針を偏向させます。
次に、図77のように針金で長方形のループを作り、その中に針を置きます。これでより大きなたわみが得られます。ループを複数回巻くと、たわみはさらに大きくなります。

これらの実験は 1819 年にエルステッドによって初めて実行され、電流が流れる電線の周囲の領域が磁気特性を持つことを示しています。

図 77.—コンパスの針の周りにワイヤーのループが形成されると、たわみは大きくなります。
図 77.—コンパスの針の周りにワイヤーのループが形成されると、たわみは大きくなります。
電流が電線を流れる際の磁気効果を示すもう一つの興味深い実験は、太い銅線を2～3個の重クロム酸カリウム電池に接続することで行うことができます。銅線を細かい鉄粉の山に浸すと、図78のように、鉄粉の塊が銅線に付着します。

回路が壊れて電流の流れが止まるとすぐに、削りかすは落ち、電流とともに磁気の効果がなくなることが示されます。

図78.—電流を流す電線上に集まった鉄粉。
図78.—電流を流す電線上に集まった鉄粉。
これら3つの簡単な実験は、銅線に電流を流すと、電流が流れている限り、銅線は方位磁針を振ったり、鉄粉を引き寄せたりするなど、様々な現象が起こることを示しています。電流が止まると、磁気効果はすぐに 失われます。

電流が流れる電線の近くの領域は、棒磁石や馬蹄形磁石の近くとまったく同じように磁力線が流れる力の場です。

図79.—電流が流れる電線の周囲に形成される磁気ファントム。
図79.—電流が流れる電線の周囲に形成される磁気ファントム。
これは、ボール紙に小さな穴を開け、その穴に強い電流が流れる電線を通すことで簡単に証明できます。

ボール紙の上に鉄粉を数粒ふりかけ、落とした鉄粉を鉛筆で軽く揺すってみると、針金を中心に円を描いて並び、磁気の幻影が形成され、磁力線の経路が明らかになります。

図80.—数ターンのワイヤーで形成された磁気ファントム。
図80.—数ターンのワイヤーで形成された磁気ファントム。
図 80 のようにワイヤをコイル状に形成すると、生成される磁場ははるかに強くなり、よりはっきりと見えるようになります。これは、ワイヤの複合効果が確保されるためです。

図81.—実験用にワイヤーを巻いた紙管。
図81.—実験用にワイヤーを巻いた紙管。
直径約1.2cm、長さ約10cmの小さな紙管を丸めます。その上に、No.18絶縁銅線を3層に丁寧に巻き付けます。電池2～3個から電流を流し、方位磁針に近づけて磁気特性を調べます。コイルは非常に強い磁気特性を持ち、方位磁針をかなり離れたところに置いても、容易に方位磁針を振らせることがわかります。

紙管の中に鉄棒を入れると磁気効果が大幅に高まります。

図 82.—磁力線がコイルの側面でどのように電線から「漏れ」、鉄心によってどのように集中するかを示しています。
図 82.—磁力線がコイルの側面でどのように電線から「漏れ」、鉄心によってどのように集中するかを示しています。
コイル状の電線の中に鉄棒が存在すると、コイル内を流れる磁力線の数が大幅に増加します。

図83.—電磁石の原理。
図83.—電磁石の原理。
鉄心を使用しない場合、磁力線の多くはコイルの側面から漏れ出し、端から端まで伸びる磁力線はほとんどありません。鉄心の効果は、漏れ出す磁力線を減らすだけでなく、既存の磁力線にさらに多くの磁力線を追加することです。したがって、コイルの磁力は鉄心によって大幅に増加します。

鉄心に巻かれた電線のコイルは 電磁石を形成します。

図 84.—普通の釘に絶縁電線を巻き付けて電池に接続すると、電磁石になります。
図 84.—普通の釘に絶縁電線を巻き付けて電池に接続すると、電磁石になります。
普通の釘に絶縁電線を巻き付けて、それを電池の 1 つか 2 つのセルに接続すると、電線は電磁石となり、鉄や鋼の破片を拾います。

釘が簡単に差し込める小さな紙管に電線を巻き付けると、電流を流すとコイルが釘を引き込みます。このような中空のコイルはソレノイドと呼ばれます。

電磁石とソレノイドは、ほぼすべての電気機械の構造に重要な役割を果たしています。発電機、モーター、電話受話器、電信リレー、音響器、その他多くの機器の重要な部品となっています。

電磁石の形状は、その用途によって異なります。最も一般的なのは馬蹄形です。これは、ヨークに取り付けられた2つの電磁石で構成され、2つの自由極がN極とS極となるように接続されています。

図 85.—釘が簡単に差し込める小さな紙管の周りにワイヤーを巻き付けると、電流が流されたときにコイルが釘を引き込みます。
図 85.—釘が簡単に差し込める小さな紙管の周りにワイヤーを巻き付けると、電流が流されたときにコイルが釘を引き込みます。
電磁石は、大型鋳物や重い鉄片を持ち上げるために大量に製造されています。このような磁石は、大規模な製鉄所や、釘やボルトなどを製造する工場で使用されています。

インディアナ州ゲーリーの巨大な製鉄所では、巨大な電磁石が驚くほど完璧な状態で見られます。

船は鉱石を湖からゲーリーまで運び、そこで巨大な鋼鉄のあごが鉱石を船倉から持ち上げて炉まで運びます。

溶解された後、巨大な機械によって押し出されます。そして巨大なインゴットに分割され、熱いうちに圧延工場の最初の部分へと運ばれます。

インゴットは機械で圧縮され、より長く、より細くされ、その後再度圧縮され、さらにより長く、より細くされます。

鋼鉄は工場のローラーに沿って旅を始め、何百ヤードも進む中で、あちこちで圧迫され、押しつぶされながら、誰も触れることなく、ついに到着する。それは、適切な形状と長さを持った、真っ赤に熱せられた鋼鉄のレールだ。

この間、鋼鉄は長い旅を経て、形のないインゴットから完成したレールへと変化し、レバーやスイッチを押しながら 1 人または 2 人のオペレーターが誘導および制御する機械によって完全に取り扱われます。

ほぼ完成すると、レールは斜面を滑り落ち、巨大なペンチでレールを掴んだ作業員が片方の端に立ち、レールに沿って目視で確認します。作業員はレールに沿って目視しながら欠陥を見つけ、左右の手を動かします。そして、別の作業員が矯正機のレバーを操作し、指示通りにレールをまっすぐにします。

そしてすぐに、完璧に真っ直ぐな 10 本のレールが並んで現れ、さらに多くのレールが斜面を下りてきて、男の視線と出会うことになる。

これらはまだ人が触れるには熱すぎるため、塔に座っている男性が電気のスイッチに触れると、頭上のレールに沿って巨大な電磁石が滑るようにやって来ます。

磁石は動き、10本のレールの上を落下します。レールは並んで敷き詰められており、重さは数千ポンドにもなります。塔の中の男が別のスイッチを押すと電流が流れ、レールは磁石にくっつきます。

プレート、ビレット、インゴット マグネットと呼ばれるタイプのリフティング マグネット。
CR Underhill著「ソレノイド」より許可を得て掲載。プレート磁石、ビレット磁石、インゴット磁石と呼ばれるタイプのリフティングマグネット。
10 本のレールは、まるで馬蹄形磁石で針を持ち上げるのと同じくらい簡単に、一度に持ち上げられます。レールは貨車まで運ばれ、所定の位置に下ろされると電流が止められ、レールが解放され、磁石が戻って次の荷物を積みます。

誘導
1831年、著名なイギリスの化学者であり物理学者でもあるマイケル・ファラデーは、磁石を中空の電線コイルに突っ込むと、コイルに瞬間的に電流が発生することを発見しました。磁石が静止している限りコイルには電流は誘導されませんが、前後に動かすと電流が発生します。電気エネルギーの源は、磁石を動かす際に行われる機械的な仕事です。

図86.—棒磁石とコイルによって電流がどのように誘導されるかを示しています。
図86.—棒磁石とコイルによって電流がどのように誘導されるかを示しています。
機械的エネルギーを電気に変換する媒体は、磁石の近傍に存在することがすでにわかっている磁場です。

このようにコイルに発生する電流は誘導電流と呼ばれ、その現象は磁気誘導として知られています。

磁気誘導は、発電機、誘導コイル、電話、変圧器、いくつかの種類のモーター、その他多くの電気機器で利用されています。

図87.—誘導によって電流を生成するために配置された馬蹄形磁石とコイル。
図87.—誘導によって電流を生成するために配置された馬蹄形磁石とコイル。
磁気誘導によって電気が発生する簡単な実験は、馬蹄形磁石のアーマチュアまたはキーパーに細い絶縁電線を数回巻き付けることで行うことができます。鉄線の両端は永久磁石の極に接触するようにしておきます。コイルの両端を高感度の検流計に接続し、アーマチュアの両端が馬蹄形磁石の極に接触するようにします（図87を参照）。

磁石を固定したまま、アーマチュアを突然引き離します。検流計は瞬間的な電流を示します。アーマチュアを突然磁石の極に近づけると、回路に逆方向の瞬間的な電流が流れます。

逆電流であるという事実は、ガルバノメータの動作によって示され、今度は針が反対方向に振れることがわかります。

また、コイルと磁石が静止しているときは電流が発生しないことにも気づくでしょう。電流が発生するのは、コイルと磁石が互いに近づいたり、急激に離れたりしたときだけです。

これは、磁場が変化するのはこの時だけだからです。磁場は磁石に最も近い部分で最も強くなるため、磁石またはコイルを動かすと、コイルと交差する部分の磁場の強さが変化します。誘導電流は、変化する磁場によってのみ発生します。

[ 1 ]
測定機器に関する章を参照してください。

電気ユニット
第6章 電気ユニット

アンペア
電気分野では、電流のさまざまな特性と質を区別するために使用される特定の用語があり、若い実験者はそれらについて知っておくとよいでしょう。

賢明な比較を行うために通常最初に必要となる単位の一つは、計量単位です。クォートは液体に一般的に用いられる計量単位で、ある体積が占める空間の大きさに基づいています。ポンドは重量の単位で、重力が物質を地面に引き寄せる力と、同じ重力が別の標準的な「重さ」に与える影響を比較することで、物質の量を決定します。

電流は目に見えず、重さもありません。そのため、クォート単位で測ることも、ポンド単位で重さを量ることもできません。電流を測定できる唯一の方法は、電流がもたらす効果を利用することです。化学的効果、電磁的効果、あるいは加熱効果のいずれかが、測定​​システムの基礎となる可能性があります。

電流を測定するために最初に使用された方法は化学的な方法でした。

硫酸銅（青ビトリオール）と呼ばれる化学物質の溶液に2枚の銅板を通して電流を流すと、一方の銅板に銅が析出し、もう一方の銅板からは銅が溶け出します。電池から電流を供給すると、銅は電池の亜鉛に接続された板に析出します。しばらく電流を流した後、2枚の銅板を取り出して重さを量ると、一方の銅板がもう一方よりもかなり重いことがわかります。

電流によって一方の板から銅が採取され、もう一方の板に堆積します。1時間で1.177グラムの銅を堆積させる電流量は1アンペアと呼ばれます。アンペアは電流の測定単位で、量や量を意味します。

電流を測定する化学的方法は、かつて照明や電力供給のための電流供給において実用化されていました。昔、家庭用の電流計は、2枚の銅板が入った瓶で構成されていました。家庭で使われる電流によって片方の銅板に銅が析出し、電力会社はその重さを量ることで電流使用量を算出し、それによって電気料金を算出していました。現代の電流計は、後述するように、化学的な方法ではなく、電流の磁気作用を利用しています。

ボルト
説明のために、電流はパイプを流れる水の流れに例えることができます。

水が流れている水道管の端に親指を当てると、水圧によって親指が押しのけられます。

電流も圧力を及ぼしますが、電気用語では圧力とは呼ばれず、 起電力または電位と呼ばれます。

水圧により、水は小さな開口部を通過し、パイプの抵抗を克服することができます。

電線やその他の電気導体は、電流に対して完全に自由な経路を提供するわけではなく、抵抗も持っています。起電力の電位が抵抗を克服し、電流を電線に流します。

この事実を利用して、電圧の単位としてボルトが定められました。水道管内の水圧はポンドで測定されますが、電線内の電流圧はボルトで測定されます。ボルトは、1アンペアの電流を1オームの抵抗に流す電気力の単位です。

オーム
オームは電気抵抗の単位です。標準オームは、断面積1平方ミリメートル、長さ106.28センチメートルの純水銀柱が0℃の温度で示す抵抗値です。

このような水銀柱に 1 時間に 1.177 グラムの銅を析出させるのに十分な電流を流す圧力は 1 ボルトであり、その際に 1 オームの抵抗に 1 アンペアの電流が流れます。

オーム、アンペア、ボルトという単位は、3 人の偉大な電気技師、オーム、アンペール、ボルタに敬意を表して命名されました。

これら 3 つの単位は互いに非常に密接な関係があり、それはオームの法則によって説明されます。

オームの法則は事実を簡潔に述べたもので、若い電気技師が十分に理解しておくと良いでしょう。なぜなら、オームの法則はほぼすべての電気機器の設計の基礎であると言っても過言ではないからです。

簡単に言うと、電流の強さは電圧を抵抗で割った値に等しいということです。記号で表すと、C = E/Rとなります。ここで、Cは電流（アンペア）、Eは電位（ボルト）、Rは抵抗（オーム）です。

簡単な例として、小型の電信用音響器が電池に接続されており、電池の電圧が10ボルトであるとします。さらに、音響器の接続線と電池自体の抵抗が5オームであるとします。これら2つの事実が分かれば、次の式にこれらの値を代入することで、音響器に流れる電流値を簡単に求めることができます。

C = E/R
E = 10ボルト、R = 5オーム
したがってC = 10/5または2アンペア
アンペア、ボルト、オームの小数点以下の値や非常に大きな値を示すには、通常、次の用語を使用します。

ミリボルト = 1/1000ボルト
ミルアンペア = 1アンペアの1/1000
キロボルト = 1000ボルト
メガオーム = 1,000,000オーム
ワット
特定のサイズのパイプに 100 ポンドの圧力がかかっている水の流れが、同じサイズのパイプに 25 ポンドの圧力がかかっている水の流れよりも強力であることは、疑いの余地なく明白です。

同様に、電流は100ボルトの電位で流れる場合、25ボルトの電位で流れる場合よりも大きな電力を表します。電力の単位はワットです。1ワットは、1ボルトの電位で電線を流れる1アンペアの電流で表されます。

ワット数は電圧と電流を掛け合わせることで求められます。オームの法則を説明するために用いた音響計と電池の例で、電圧が10で電流が2と求められた場合、ワット数は10 × 2、つまり20ワットとなります。

746ワットは1馬力を表します。1000ワットは1 キロワットと呼ばれます。

クーロン
これまでのところ、どのユニットも時間という要素を考慮していません。

パイプからタンクに水が流れ込み、10ガロンが流れきるまで放置した場合、10ガロンが流れたというだけでは、水がどれだけの速度で流れていたかを知ることはできません。水がどれだけの時間流れていたかが分からなければ、流量は10ガロン流れたというだけでは分かりません。1分間に10ガロン、あるいは1時間あたり10ガロンといった数値が流量を示すことになります。

1秒間に流れる1アンペアは、電気の流れを表す単位です。この単位はクーロンと呼ばれます。

1アンペアが1時間流れることを1アンペア時と呼びます。アンペア時の数値は、電流値（アンペア）と時間（時間）を掛け合わせることで求められます。

バッテリーの容量は10アンペア時間と言われています。これは、1アンペアを10時間（1アンペア×10時間＝10アンペア時間）、または2アンペアを5時間（2アンペア×5時間＝10アンペア時間）供給することを意味します。

ワットに関しても、同じ時間要素が考慮に入れられます。1ワットが1時間流れると1ワット時となり、1キロワットが1時間流れると1 キロワット時となります。

交流と直流の違い
照明や電力に供給される電流には、直流と交流の 2 つの異なる種類があります。

直流電流は一方向にのみ流れる電流です。図88のAのように直線で表すことができます。

交流電流は、方向が反転し、最初は一方方向に流れ、次に反対方向に流れる電流です。図88に示すように、曲線で表すことができます。電流はゼロから始まり、徐々に強くなっていきます。その後、電流は徐々に弱まり、ついには流れなくなります。この時点で電流は反転し、反対方向に流れ始め、徐々に増加してから再び弱まります。

これは 1 秒間に一定回数繰り返され、電流がゼロから増加し、反転してゼロに戻るときに、サイクルを通過すると言われます。

図88.—直流電流と交流電流のグラフ表示。
図88.—直流電流と交流電流のグラフ表示。
図88の曲線のaからbまでの部分は、電流が上昇する最初の部分を表しています。bから cまでの部分は、電流が下降する部分を表しています。曲線が直線と交差する点はゼロです。cで電流は直線と交差し、反対方向に流れ始めます。dに達すると電流は消滅し、再び直線と交差して元の方向に流れ、このサイクルを繰り返します。

電気用語では、電流のaからc 、またはcからeへの部分は交流と呼ばれます。aからeへの部分はサイクルと呼ばれます。

交流電流が直流電流の代わりによく使われるのは、直流電流よりも長距離の送電に経済的に利用できるからです。この点については、後述の降圧変圧器に関する章で詳しく説明します。

1秒間に発生するサイクル数は、電流の周波数と呼ばれます。商用交流電流の通常の周波数は、1秒あたり60サイクル、または1分間あたり7200サイクルです。

電気設備
第7章 電気設備
ワイヤー
電流は通常、電線と呼ばれる導体によって、任意の場所から場所へと導かれます。電線には様々な種類があり、それぞれが特定の目的に適応しています。

電線は通常、絶縁体と呼ばれる材料で覆われており 、他の物体や回路との接触による電流損失を防ぎます。絶縁体とは、電気を通さない物質です。

太い綿繊維の編組で絶縁され、クレオソートなどの化合物を含浸させた電線は耐候性電線と呼ばれ、風雨にさらされる屋外での使用に最適です。

建物内の屋内配線などに使われる電線は、通常ゴムで絶縁されており、その上にゴムを保護するために綿編組が施されています。

ゴムは絶縁値が非常に高いのですが、多くの条件下で劣化するため、すべての電線の絶縁体として使用できるわけではありません。

ゴム被覆電線や耐候性電線は、様々な絶縁体で作られています。絶縁層が1層だけのものもあれば、多層構造のものもあります。電線を特定の用途に適応させるために、様々な物質が絶縁体として使用されます。電線や導体自体には、通常、銅のみが用いられます。これは、銅が金や銀などの貴金属を除けば、他のどの金属よりも優れた導体であるためです。貴金属は高価なため、このような用途には使用できません。電線は単線の場合もあれば、柔軟性を持たせるために多数の小さな導体で構成されている場合もあります。

絶縁層のさまざまな組み合わせと、固体または撚り線導体を組み合わせることで、次のようなさまざまな電流キャリアが可能になります。

劇場またはステージケーブル
エレベーターケーブル
固定具ワイヤー
電話線
採掘ケーブル
フィーダーケーブル
ブルワリーコード
ヒーターコード等
設計された特別な用途に応じて異なります。

銅線の数、直径、重量、長さ、抵抗
若い実験者が仕事で最もよく使うであろう電線はマグネットワイヤーと呼ばれ、電磁石、コイル、そして様々な巻線を作るのに使われます。マグネットワイヤーは、絹、綿、またはエナメルで絶縁されている場合があります。

銅線の数、直径、重量、長さ、抵抗
シルク被覆ワイヤおよび綿被覆ワイヤは、シングル被覆またはダブル被覆で入手できます。

スペースを節約したい場合には、シルクまたはエナメルの単一被覆のワイヤが使用されます。これは、これら 2 種類の磁気ワイヤの被覆が綿ワイヤや二重シルク被覆ワイヤよりも薄いため、巻き取りに必要なスペースが少なくて済むためです。

ワイヤのサイズは直径で示され、米国ではブラウン・シャープ・ゲージで測定され、多くの場合「B. & S.」という用語で示されます。

上の表は、ブラウン・シャープゲージのさまざまなサイズのワイヤと、重量、抵抗などのいくつかの特性を示しています。

絶縁体
電線を覆うカバーは、電線を絶縁するための唯一の予防措置ではありませんが、恒久的な配線の場合は、通常、電線はガラスまたは磁器の支持体上に取り付けられます。

図89.—低電圧配線に使用するステープルと木製クリート。
図89.—低電圧配線に使用するステープルと木製クリート。
電池、ベル、電話など、電池で駆動し、電圧が20ボルトを超えない機器に使われる電線は、建物内では絶縁ステープルまたは木製の留め具を使って配線できます。屋外で風雨にさらされる場合は、適切なガラス製または磁器製のノブに取り付けてください。

図90.—電灯線を支える磁器絶縁体。
図90.—電灯線を支える磁器絶縁体。
屋内で使用される電灯線は、一般的に磁器製の絶縁体で支えられており、形状に応じてクリート、ノブ、チューブなどと呼ばれます。

電信線、電話線、電力線は通常、木製のピンにねじ込まれたガラスのノブまたは大きな磁器の絶縁体によって支えられています。

図91.—電信線や電話線を支えるために使用されるガラス絶縁体結合ポストとピン。
図91.—電信線や電話線を支えるために使用されるガラス絶縁体結合ポストとピン。
バインディングポスト
バインディングポストは、電線と電気機器の他の部品との間を素早く接続するための最も便利な装置です。

バインディングポストは自作することも、購入することもできます。もちろん市販のものの方が品質は抜群で、取り付ける楽器の見た目を格段に向上させます。

最もよく知られている製造された柱のいくつかのタイプを図 92 に示します。

図92.—バインディングポストの種類。
図92.—バインディングポストの種類。
図93は、ネジ、ワッシャー、ネジ穴、金属片などを使って、シンプルなバインディングポストとコネクタを作る様々な方法を示しています。図を見れば一目瞭然なので、説明は不要でしょう。

図93.—自家製バインディングポスト。
図93.—自家製バインディングポスト。
古い乾電池から得られるネジやナットは、端子台やその他の同様の用途に使用すると非常に便利です。

スイッチとカットアウト
スイッチとカットアウトは、電気工事において電流のオン/オフを切り替えるために使用されます。

実験者が自分で作ることを選択した場合は、通常、かなりの使用頻度で使用され、その結果摩耗が生じるため、強くて耐久性のある方法で作るように注意する必要があります。

図94.—乾電池のカーボンから取り外された結合ポスト。
図94.—乾電池のカーボンから取り外された結合ポスト。
図 95 に、いくつかの非常にシンプルな自家製スイッチを示します。

図95.—シンプルなスイッチ。
図 95.—単純なスイッチ。A、シングルポイントスイッチ。B、2ポイントスイッチ。C、3ポイントスイッチ。D、5ポイントスイッチ。E、端が巻き上げられてハンドルを形成しているレバー。F、スプールの一部から作られたハンドル付きレバー。
最初に示されているもの ( A ) には 1 つの接点があり、これは真鍮の頭が付いたタックを銅または真鍮の小さなストリップに打ち込むことによって形成されます。

可動アームは銅または真鍮の細片で、片端はハンドル状に巻かれています。もう片端は真鍮製のネジで固定されています。この真鍮製のネジは、端にバインディングポストが取り付けられた小さな銅または真鍮の細片を貫通しています。スイッチの動作を容易にするために、可動アームと銅の細片の間に小さな銅製ワッシャーを配置する必要があります。

同様のスイッチが同じ図のBで示されていますが、この場合は、アームの端を巻き上げる代わりに、スプールの半分で作られたハンドルが使用されています。

他の図は、同じ構築方法を適用して、複数の「ポイント」または接点を持つスイッチを作成する方法を示しています。

これらのスイッチの製作寸法は示されていません。なぜなら、若い実験者にとっては、手元にある材料を使って、自分の寸法のスイッチを製作する方が間違いなく簡単だからです。ただ一つだけ提案があります。それは、アームの下端をヤスリで面取りし、真鍮の鋲の頭に滑り込ませやすくすることです。

図 96 に示すスイッチは、ここで説明したものよりも大きな電流を流すことができ、照明や電力配電盤で使用されるタイプに近いものとなっています。

ベースは木製でも構いませんが、繊維やスレートなどの断熱材で作られていることが望ましいです。

図96.—ナイフスイッチ。
図96.—ナイフスイッチ。
金属部品のパターンを図 97 に示します。これらは厚い真鍮板または銅板から切り出され、平ペンチで曲げて形を作ります。

単極スイッチのハンドルは金属の舌状部の上に押し込まれます。

二極スイッチは単極タイプとほぼ同じですが、ハンドルで操作するレバーと接点のセットが 1 つではなく 2 つあります。

図97.—ナイフスイッチの金属部品。
図97.—ナイフスイッチの金属部品。
柄が接続された刃の両端は直角に折り曲げられ、その間に堅い木製の横木が固定されています。柄は横木の中央に固定されています。

スイッチを組み立てた後、さまざまな部品を「一列に並ぶ」まで、つまり互いに対して適切な位置になるまで曲げます。これにより、ブレードを一列に並べるためにハンドルの片側または反対側に圧力をかけることなく、ブレードが接点に落ちます。

ヒューズ
ヒューズは、過大な電流が流れることで電気機器や電線が損傷するのを防ぐために使用されます。電流が抵抗を通過すると、熱が発生します。

ヒューズは通常、低温で溶ける鉛または合金の短い片で、電流が流れるように回路に挿入されます。ヒューズは融点が低いため、過大な電流が流れると高温になり溶けて回路を遮断し、過電流の原因が特定されるまで電流を遮断します。

ヒューズの定格は、ヒューズを「溶断」するために必要な電流量に応じて決定され、状況に応じて 1 アンペア、3 アンペア、5 アンペア、または 10 アンペアのヒューズと呼ばれます。

図 98.—シンプルヒューズ。 A、プレーンワイヤヒューズを装着したヒューズブロック。 D、マイカヒューズを装着したヒューズブロック。
図98.—シンプルヒューズ。A 、プレーンワイヤヒューズを装着したヒューズブロック。D 、マイカヒューズを装着したヒューズブロック。
路面電車や電灯、電力回路のヒューズが切れるのは、回路が安全に流せる電流量を超える電流が流れようとしているためです。もし、このような回路にヒューズを設置し、危険点に達する前に電流を遮断しなければ、あらゆる電気機器が「焼損」する可能性があります。あるいは、極端な場合には、電線が過熱して深刻な火災を引き起こす可能性があります。

図 98 は、電池などを短絡から保護するために実験者が簡単に作ることができるいくつかの単純な形のヒューズを示しています。

最も単純なヒューズは、木のブロックの上に設置された 2 つの結線ポストの間に挟まれた小さなリード線または厚いアルミ箔のストリップだけで構成されています。

同じ形の導火線は、長さ約 2.5 インチ、幅約 1.5 インチの雲母の細片から作ることもできます。

薄い銅板のストリップを、雲母ストリップの端の周りに曲げます。

ヒューズ線を2つの銅接点の間に通し、それぞれに半田を1滴ずつ付けて固定します。必要な電流容量のヒューズ線は、ほとんどの電気店で入手できます。

このようなヒューズは、Dに示すような取り付け具に保持されます。接点は銅板または真鍮で作られており、マイカストリップ上の銅端と完全に接触するように、非常にしっかりとバネで固定する必要があります。

避雷器
避雷器は、屋外から建物内に引き込まれるすべての電線、特に電信線や電話線を保護し、雷による静電気で機器が損傷しないようにするために使用されます。

避雷器はさまざまな方法とさまざまな材料で作ることができますが、平均的な実験者が使用できるのは 2 つのタイプだけです。

図99.—避雷器とアース線スイッチ。
図99.—避雷器とアース線スイッチ。
図99に示す避雷器は、「避雷器兼接地線開閉器」と呼ばれるタイプで、主に電信線路に使用されます。

これは厚さ約 1/16 インチの真鍮板 3 枚で構成され、図 100 のA 、B 、 Cに示すような形状になっています。

金属片は木製のブロックの上に取り付けられており、それらの間の間隔は約 1/32 インチの狭い空間になっています。

図100.—自家製避雷器。
図100.—自家製避雷器。
外側の2つの部分にはそれぞれ2つのバインディングポストが取り付けられており、中央の三角形の部分には1つのポストが取り付けられています。

それぞれの金属片の間には直径約 1/8 インチの穴が開けられています。

穴にしっかりと配置でき、金属片同士が接触する先細りの金属ピンを作成します。

電信回路の2本の外側の線は、外側の金属片CとBに接続されています。Aはアースまたはグランドに接続されています。

雷雨の場合、電線が帯電すると、金属板間の小さな空間により電荷が飛び移り、地面に無害に流れ落ちます。

完全な保護が必要な場合は、プラグをいずれかの穴に挿入し、どちらかのワイヤを「接地」するか、両方のワイヤを短絡させるだけです。

図101.—電話線用避雷装置
図101.—電話線用避雷装置
図101に示す避雷器は、電話線用に設計されています。これは通常のヒューズに、約1インチ四方の2つのカーボンブロックの形をした避雷器が組み込まれています。これらのブロックは銅板の上に載り、Bに接続されたスプリングストリップによって固定されています。

カーボン ブロックは、ブロックと同じサイズの薄いシート状の雲母によって分離されています。

ポストBは、屋外から建物内に入る地点付近の電話線に接続されています。ポストAは機器に接続され、ポスト Cは接地されています。

この種の避雷器は各電話線に接続する必要があります。

万が一、送電線が電力線と接触した場合、計器が損傷する恐れがありますが、回路に避雷器が接続されていれば、ヒューズが切れることでそのような事態は防げます。落雷によって送電線が帯電した場合、その電荷は2つのブロックの間にある雲母の縁を容易に通り抜け、地面に流れ込みます。

電気計測機器
第8章 電気測定器
起電力（電圧）を測定するために設計された計器は電圧計と呼ばれます。電流量を測定するために設計された計器は 電流計と呼ばれます。

電流と電圧を測定するための信頼性の高いメーターは数多くありますが、どれも多かれ少なかれ高価で、普通の少年の手の届かないものです。

いくつかのメーターは腕時計よりも精密に作られており、微細なヘアスプリングと宝石ベアリングを備えていますが、その動作はすべて同じ原理、つまり磁針と電流を流す絶縁ワイヤのコイルとの間に生じる相互作用に依存しています。

この章で説明する小型メーターは、シンプルで安価ですが、非常に繊細です。ヘアスプリング式のメーターとは異なり、かなり乱暴な扱いにも耐えますが、もちろん、不必要に乱暴に扱うべきではありません。

2種類のメーターについて説明します。どちらも全く同じ原理で動作しますが、一方は他方よりも複雑です。

シンプルな電圧計と電流計
堅い木材から、長さ5インチ、幅2.5インチ、厚さ1.5インチのベースボードを切り出します。中央に、幅3/8インチ、長さ1.5インチの溝を、ボードの縦方向に切り込みます。溝の両側に、長さ1.5インチ、厚さ1/4インチ、高さ1.5インチの小さな木のブロックを2つずつ接着します。

図 102.—A、ベース、スロットを示しています。 B および C、ボビンの側面と上面。 D、ベースとボビンの位置。
図102.— A、ベース、スロットを示しています。BとC、ボビンの側面と上面。D 、ベースとボビンの位置。
しっかりと所定の位置に固定されたら、図 102 の D で示すように、長さ 2.5 インチ、幅 3/4 インチ、厚さ 1/8 インチの木片を上部に接着します。

これらをサポートとして使用し、200 フィートの No. 36 B. & S. ゲージの絹で覆われたワイヤで構成された水平コイルを巻きます。

次に、時計のゼンマイから針を作ります。長さは約1.25インチ、幅は約1.8インチです。

曲げてまっすぐに伸ばし、中央が赤くなるまでアルコールの弱火で加熱します。このとき、端はできるだけ冷たいままにしておくように注意してください。

バネは、普通の縫い針を折って作った小さな鋼鉄の軸に取り付けられています。この棒の長さは1.5インチ（約3.5cm）にしてください。両端は非常に鋭利に尖らせておかなければなりません。先端は研磨して尖らせても構いません。

図103.—針とポインターの配置。
図103.—針とポインターの配置。
バネの中心に針が通るちょうどいい大きさの小さな穴を開けます。針を穴に差し込み、中央で小さな円形の木片2枚を針にぴったりと合わせて固定します。接着剤か封蝋を少量塗ると、しっかりと固定できます。

ポインターは長さ約7.6cmのほうきの葉です。木製のクランプの先端に小さな穴を開け、ポインターを穴に差し込み、少量の接着剤で固定します。ポインターは完全にまっすぐで、バネに対して直角になるようにしてください。

木製クランプの片方の底に小さな穴を開け、そこに小さな針金製の釘を接着します。この釘はカウンターウェイトとして機能し、針金を垂直に保つためのものです。

バネは、片方の端に磁石のワイヤーを 10 回または 12 回巻き付け、一瞬電池に接続することで磁化されます。

図104.—A, ベアリング。B, 針の取り付け方法。
図104.— A、ベアリング。B 、針の取り付け方法。
針は、長さ1インチ、幅1.5インチの薄い真鍮板2枚に取り付けられています。それぞれの板を中央で直角に曲げ、一方の端から1/4インチのところに、先の尖った釘とハンマーを使って小さなへこみを入れます。

ストリップは、コイルの溝の中央に、コイルの内側の窪みと互いに正反対になるように差し込まれます。正確な位置が決まったら、2本の非常に小さなネジで固定します。

鋭利な縫い針は、磁化されたバネ、指針、そしてカウンターウェイトと共に、ストリップに作られた窪みに滑り込み、そこで自由に動くはずです。少しヤスリで削ったり曲げたりする必要があるかもしれませんが、根気強く作業を続けてください。メーターが正しく機能するかどうかは、針が所定の位置で自由に、そしてスムーズに動くかどうかにかかっているからです。

幅 4 インチ、厚さ 1/4 インチの垂直のボードを、ボビンの後ろのベースボードに固定します。

小さなブロックを使用して、厚いボール紙を垂直の柱に取り付けます。このとき、ポインターがボール紙に非常に近くまで振れるけれども触れないような位置にします。

目盛りの目盛り付けと校正を除けば、メーターはこれで完成です。その方法については後ほど説明します。

図105.—完成したメーター。
図105.—完成したメーター。
メーターに36番B.&S.ゲージの電線を巻くと、電圧を測定する電圧計になります。16番B.&S.ゲージの電線を巻くと、アンペアを測定する電流計になります。

ポータブル電圧計と電流計
ワイヤーを巻くボビンを図106に示します。木材は葉巻箱に使われるスペイン杉です。厚さは1/8インチで、ポケットナイフで簡単に加工できます。作業の配置は、ダーニング針の先で木材に線を引いてください。鉛筆の線は太すぎて、細かい作業では正確さが保てません。完成したボビンは、完全に真直ぐで真直ぐでなければなりません。

寸法はイラストでご確認いただけます。ボビンを組み立てる際は、釘は使用しないでください。強力な接着剤のみをご使用ください。

ボビンは2つ必要です。1つは電流計用、もう1つは電圧計用です。ボビンが完成したら、サンドペーパーで磨いてシェラックでコーティングしてください。

図106.—ボビンの詳細。
図106.—ボビンの詳細。
電流計のボビンには、B. & S. No. 14 の二重綿被覆磁気線が巻かれています。電圧計には、B. & S. No. 40 の絹被覆線が必要です。どちらの場合も、線は滑らかで均一な層になるように注意深く巻く必要があります。最初の層を巻き始める際に、フランジに小さな穴を開けて線の端を通します。巻き終わったら、端子との接続のために両端に約 6 インチの線を残しておきます。その後、巻線全体にシェラックを塗布します。ボビンの線に、幅 1/2 インチのパスパルトゥーテープを巻くと、線が傷つくのを防ぐだけでなく、ボビンの外観も非常にきれいになります。

アーマチュアは、長さ1インチ、厚さ1/8インチ、幅3/8インチの軟鋼板です。軸を差し込むため、中心から1/16インチ上に1/8インチの穴が開けられています。これにより、重心はアーマチュアの質量中心よりも下方に配置され、計器が水平であれば指針は常にゼロに戻ります。

シャフトは、直径1/8インチ、長さ7/16インチのベッセマー鋼棒です。図に示すように、端は下側が鋭利なナイフエッジ状にヤスリで削られています。

図107.—ベアリングが見えるようにボビンの一部を切断した図。アーマチュアとシャフトの詳細。
図107.—ベアリングが見えるようにボビンの一部を切断した図。アーマチュアとシャフトの詳細。
アーマチュアの上部に 1/16 インチの穴が開けられており、そこに長さ 4.5 インチの No. 16 アルミ線であるポインターの下端が差し込まれます。

穴を開けた後、アーマチュアは磁性を保つために焼き入れされます。真っ赤に熱せられ、濃い塩水を入れた容器に落とされます。そして、アーマチュアの一端を強力な磁石の極に擦り付けることで磁化されます。

ベアリングは、幅 3/16 インチ、長さ 1 と 1/4 インチの薄い真鍮板の 2 つのストリップで形成され、曲げられてボビンの側面に接着されています。

図では、ボビンの一部が切り取られた形で示されています。ベアリングの中央部分は、シャフトの端がボビンの側面に接触しないように曲げられています。中央の上部は、シャフトのナイフエッジが収まるソケットを形成するために、やすりで切り込みを入れています。

図108.—完成した電圧計。
図108.—完成した電圧計。
ボビンは、長さ7インチ、幅4インチ、厚さ3/4インチの木製ベースの中央に接着されています。コイルの端子はベースにある2つの小さな穴から2つの大きな端子へと接続されています。電線はベースの裏側に埋め込まれており、穴から2つの溝を通って端子へと接続されています。この対策により、電線がショートしたり断線したりするのを防いでいます。

ケースは厚さ1.5インチの木製で、側面と背面、そして天板の2つの側面で構成されています。高さは6インチ、幅は4インチ、奥行きは2インチです。ガラス製の前面は、前面から1/8インチ離れた木製側面に刻まれた2つの浅い溝に差し込まれています。

ケースは、ベースから側面まで貫通する4本の丸頭真鍮ネジでベースに固定されています。そのため、楽器の修理や調整が必要になった場合には、簡単に取り外すことができます。

図108に示すように、メーターとケースは携帯用として設計されており、自立する構造になっています。ベース全体を貫通する長さの小さな真鍮ネジで、計器の水平調整が可能です。小さな真鍮片をネジ頭の溝に入れてはんだ付けし、「翼付きネジ」と呼ばれる形状にすれば、ドライバーを使わずに指で調整できます。

機器を配電盤上に設置する場合は、天板とサイズと形状が似た小型のベースを取り付けることで、より見栄えが良くなります。バインディングポストは側面の中央に取り付けます。

メーターを正しく校正するには、何らかの基準と比較する必要があります。目盛りは、ケースの内側に2つの小さなブロックで接着された白いボール紙でできています。様々な値はペンとインクで記されています。そのため、目盛りの位置が確定するまでは、ガラスの前面を所定の位置に取り付けることはできません。

通常、メーターのゼロ値は目盛りの中央にあります。電流がボビンを通過すると、アーマチュアは電線の巻き線に対して直角に振動する傾向があります。しかし、アーマチュアは質量の中心より上方に軸支されているため、振動すると重心が移動し、ボビンの重心と反対の引力が生じます。そのため、電流が強くなるほど指針の示す振動量は大きくなります。指針は、電流がボビンを通過する方向に応じて右または左に振動します。図108に示す計器の指針は、目盛りの左端にあるときにゼロを示します。指針が左に曲がっているため、電流がメーターを一方向に通過した場合にのみ表示されますが、目盛りの値はより広くなります。この場合、アーマチュアが十分に振動できるように、計器の底部に小さな溝を切る必要があります。

図109.—電流計と電圧計を校正するための回路。
図109.—電流計と電圧計を校正するための回路。
電流計を校正する際は、標準電流計、単三電池、可変抵抗器を直列に接続します。可変抵抗器を調整することで、様々な電流値が得られます。そして、校正対象の電流計の指針が各値に対応する位置にあることを確認します。

電圧計は、互いに並列、またはシャント接続し、複数の電池セルと直列に接続する必要があります。スイッチを配置することで、様々な数のセルの電圧を電圧計に通すことができます。1ボルト未満の電圧値を確保するには、レオスタットを電池の最初のセルとシャント接続します。その後、スイッチとレオスタットの両方を調整することで、電池の最大電圧範囲内の任意の電圧を確保できます。

この電圧調整手段は一般的なものであり、後述するように無線通信回路で多用されています。

メーターを使用する場合は、常に電流計を回路に直列に接続し、電圧計を回路に並列または並列に接続する必要があります。

ガルバノスコープとガルバノメータ
第 5 章の最初の部分では、コンパスの針の周囲にワイヤーを数回巻くと、コイルに電流が流れると針が動いて偏向を示すことが説明されました。

このような機器はガルバノスコープと呼ばれ、非常に微弱な電流の検出に使用されます。ガルバノスコープに目盛りを付けることで、ガルバノメータとして機能します。目盛りを付けることで、偏差を測定できるようになります。

ガルバノメータは、原理的には、目盛りがアンペア単位で読み取れるように調整されていない電流計です。

図110.—簡易コンパスガルバノスコープ。
図110.—簡易コンパスガルバノスコープ。
非常に簡単な検流計は、普通のポケットコンパスにB&Sゲージ36番の単線絹被覆電線を50回巻き付けるだけで作ることができます。コンパスを木のブロックにセットし、接続しやすいように木に結線用の支柱を設けておきます。

同じ楽器の別の種類を図 111 に示します。

図111.—ガルバノスコープ。
図111.—ガルバノスコープ。
ガラス製のタンブラーの下端に、B&Sゲージ30番の綿線を約25回巻き付けます。両端を約15cmほど空けて端子を取り付け、ガラスからコイルを外した後、数カ所で糸で縛り、ほどけないようにします。コイルの両端を平らになるように押し付け、熱した封蝋で木の板に固定します。

図111に示すように小さな木製の橋を作り、その中央にコンパスの針を取り付けます。コンパスの針は、第1章で既に説明した方法で、バネ鋼から作ることができます。

ブロックの角に2本のバインディングポストを取り付け、ワイヤーコイルの端をそれらに接続します。針が北と南を指し、ワイヤーコイルと平行になるようにブロックを回転させます。

電池をバインディングポストに接続すると、針は最初にあった位置に対して直角の位置まで飛び回ります。

アスタティック検流計とは、磁極が反対方向を向いた2本の針を持つ検流計です。「アスタティック」とは、磁化の方向性がないことを意味します。アスタティック検流計の針を2本離して別々に回転させると、通常のようにそれぞれ北と南を指します。しかし、極を反対方向に向け、2本を繋ぐと、針は互いに打ち消し合います。

無静電気の針をどちらかの方向に回転させるには、ごくわずかな電流しか必要としません。このため、無静電気検流計は通常、非常に感度が高いです。

このような簡単な器具は、B.&S.ゲージ30～36番の単線絹または綿絶縁電線をガラス製のタンブラーに約50回巻き付けるだけで作ることができます。ガラスからコイルを取り外した後、楕円形に成形し、小さなベースボードに固定します。

コイルの上部のワイヤの束を 2 つのグループに分けるように分離します。

図112.—無静電気ガルバノスコープ。
図112.—無静電気ガルバノスコープ。
薄い木の細片で逆U字型の橋または基準を作り、それをブロックに固定します。

針は普通の縫い針ですが、磁化されており、図に示すように、極が互いに反対になるように厚紙の細長い板でできた小さなキャリア バーに差し込まれています。

図113.—無静的針。
図113.—無静的針。
封蝋を少し垂らすことで、ボール紙の帯の中に固定することもできます。

キャリアの上部には小さな穴が開けられており、そこに糸の端を通します。糸の上端はブリッジの穴を通り、ブリッジ上部の中央にある小さなネジ穴に結び付けられます。

キャリアバーは、コイルの上部が分割されている部分に通します。下の針はコイルの中央に垂れ下がり、上の針はコイルの上方かつ外側に来るようにします。

コイルの端子は、ベースブロックに取り付けられた 2 つのバインディング ポストに接続されます。

この検流計には無定位針が取り付けられているため、コイルを南北に向けるように機器を回転させる必要はありません。コイルに流れるわずかな電流でも、瞬時に針に作用します。

非常に弱い電流を検出し、後述するように「ホイートストン ブリッジ」と組み合わせて抵抗を測定するための無静電気検流計は、少年電気技師の研究室にとって貴重な追加設備となるでしょう。

図 114 に示すように、電圧計と電流計に関連してすでに説明したものと同様の小さなボビンを 2 つ作成しますが、長さは 2 倍にします。

各ボビンに 36 番の絹または綿で覆われたワイヤーを同じ方向に巻き、バインディング ポストに接続できるように端に約 6 インチの余裕を残します。

各ボビンを接着剤でベースボードに固定します。釘やネジで固定しないでください。釘やネジがあると楽器の感度が損なわれる可能性があります。ボビンを取り付ける際は、内側のフランジ間に針が通る約1/16インチの隙間を開けてください。

ボビンに巻かれたコイルは、最初のコイルの外側の層の端がもう一方のコイルの内側の層に接続されるように接続します。この配置により、ボビンが1つの連続したスプールであるかのように、電流は巻線を同じ方向に流れます。

図114.—無静置ガルバノメータ用ボビン。
図114.—無静置ガルバノメータ用ボビン。
2本の小さな縫い針を磁化し、図114に示すように、良質で丈夫な紙で作った鐙に取り付けます。磁石のN極とS極が鐙の同じ側になるように、極性を逆にしてください。シェラックまたは溶かした封蝋を一滴垂らしてしっかりと固定することもできます。

厚紙の円盤を切り取り、図115のように角度ごとに分割します。円盤をボビンの上部に接着します。下の針を通せるように、円盤に小さな切り込みを入れます。

木の支柱を土台の裏側に接着します。この支柱の上部にアームを固定し、そこから磁針を吊り下げます。

刺繍用の絹糸をほどくことで、針を吊るすための細い繊維を確保することができます。

図115.—完成した無静置ガルバノメータ。
図115.—完成した無静置ガルバノメータ。
ファイバーの上端は、アームの先端にある小さなフックに結び付けられています。ワイヤーフックを回すことで、目盛りの針をゼロに合わせることができます。ゼロは、2つのコイルに平行な線上になければなりません。

針を吊るす繊維は、できるだけ細いものを選ぶべきです。繊維が細いほど、機器の感度は高くなります。

下の針は 2 つのコイルの内側で振動し、上の針はディスクの上を振動します。

ホイートストンブリッジの作り方
アマチュア実験者にとって、電気機器の抵抗値を知ることは非常に重要な機会です。電話受話器や電信リレーなどは、抵抗値（オーム）に応じて等級分けされています。電気機器や回路の抵抗値測定は、通常、その抵抗値を、予め試験済みの電線コイルなどの既知の回路の抵抗値と比較することによって行われます。

抵抗を測定する最も簡単な方法は、ホイートストンブリッジと呼ばれる装置を使用することです。この装置は非常にシンプルですが、適切に設計すれば非常に高い感度が得られます。図116にホイートストンブリッジを示します。

土台は、十分に乾燥させた堅い木片で、長さ 30 インチ、幅 6 インチ、厚さ 3/4 インチです。

幅 1 インチの No. 18 B. & S. ゲージ銅板の長いストリップを確保し、それを 3 つに切断します。2 つの部分を 3 インチの長さにし、もう 1 つの部分を 23.5 インチの長さにします。

図のように銅ストリップをベースに取り付けます。端の内側の縁の間隔がちょうど25インチ（約60cm）になるように注意してください。ストリップは小さな丸頭真鍮ネジでベースに固定します。短いストリップにはそれぞれ図に示す位置に2本のバインディングポストを取り付け、長いストリップには3本のバインディングポストを取り付けます。これらのバインディングポストはベースを貫通し、ストリップとしっかりと接触する必要があります。

図116.—ホイートストンブリッジ。
図116.—ホイートストンブリッジ。
次に、長さ25インチの紙のスケールを作り、それを1/4インチの長さの100等分線に分けます。5つおきに少し長めの線を、10つおきに2倍の長さの線を引いてください。

一方の端から始めて 10 目盛りごとに番号を付け、次にもう一方の端から始めて番号を逆に付けます。これにより、目盛りの上部では右から左に 0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 となり、下部では左から右に 0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 となります。

30 番 B. & S. ゲージのドイツ銀線をスケールの端の反対側にある短い銅ストリップの 1 つに半田付けし、次にそれをスケール全体にしっかりと伸ばして、もう一方の端のストリップに半田付けします。

図117に示すように、太い銅線を平らに伸ばしてナイフ接点を作ります。反対側の端には、「ランプコード」のような柔軟な線をはんだ付けします。接点には、ダボをくり抜いて作った小さな木製の柄を取り付けると便利です。

楽器はほぼ完成しました。

図117.—ナイフの接触。
図117.—ナイフの接触。
ホイートストンブリッジを使用するには、既知の抵抗値の組み合わせが必要です。未知の回路や装置の抵抗値は、既知のコイルの1つと比較することで求められます。これは、お店に行って1ポンドの砂糖を買うのと似ています。食料品店の店員は、既知の値の鉄の重りを使って砂糖を秤に乗せ、その重さを量ります。そして、その重さが正確であると仮定すると、私たちは状況に応じて、1ポンド、5ポンド、あるいは10ポンドの砂糖を持っていると判断するでしょう。

ホイートストン ブリッジは、未知のコイルと特定の値を持つことがわかっているコイルを比較して抵抗を計量する一対の「電気秤」と呼ぶことができます。

次のステップは、標準的な抵抗コイルを作ることです。電気店で32番B.&S.ゲージの単線綿被覆電線を入手し、以下の長さに切断します。床にまっすぐ置きますが、引っ張ったり伸ばしたりしないように注意してください。

1/2オームコイル – 3フィート1/2インチ
1オームコイル – 6フィート1 1/4インチ
2オームコイル – 12フィート2 1/2インチ
5オームコイル – 30フィート6 1/4インチ
10オームコイル – 61フィート
20オームコイル – 122フィート
30オームコイル – 183フィート
50オームコイル – 305フィート
これらの長さのワイヤは、次の方法でスプールに巻き付けられます。

図118.—抵抗コイル
図118.—抵抗コイル。Aは、ワイヤーを二重にしてスプールに巻き付ける様子を示しています。Bは完成したコイルです。
この巻き方は、後述するようにホイートストン ブリッジと組み合わせて使用​​される検流計の針に影響を及ぼす可能性のある磁場を巻き方が生成しないため、非誘導方式として知られています。

各ワイヤは真ん中でちょうど二重に折り、1 本のワイヤのようにスプールに巻き付けます。図 118、B に示すように、両端は端子にはんだ付けできるように空けておきます。

糸巻き機は、綿や縫い糸を巻く通常のリールである可能性があります。

スプールの端子は、B&Sゲージの12番または14番の太い銅線です。約3インチ（約7.6cm）の銅線を2本、各スプールの両端に開けた穴に差し込みます。少量のはんだ付けで、コイルの両端を太い銅線の端子にしっかりと固定します。

次に、糸巻きを溶かしたパラフィンの入った鍋に浸し、気泡が出なくなるまで煮沸します。

スプールには、上の表に示されているように、各スプールに含まれるワイヤの量に応じて、1、2、10、20、30、50 とマークする必要があります。

ホイートストンブリッジを使った抵抗測定の方法
機器は図116のように接続されます。

測定対象となる未知の抵抗またはデバイスは、ギャップBの両端に接続されます。既知の標準コイルの1つは、ギャップAの両端に接続されます。また、高感度ガルバノメータまたは電話受話器と2つの電池も、図のように接続されます。

電話の受話器を使用する場合は、耳に当ててください。ガルバノメーターを使用する場合は、針の動きを注意深く観察してください。次に、洋銀製の「スライドワイヤー」に沿って、ナイフ状の接触子の鋭い先端をスケール上で動かし、針の動きがなくなり、受話器から音が鳴らなくなるまで動かしてください。

この点がスケールの中央区分から片側または反対側に非常に離れている場合は、その点がスケールの中央にできるだけ近くなるまで、次に高いまたは低い既知の抵抗スプールに置き換えます。

この点を見つけたら、目盛りの読みを注意深く記録してください。ここからが最も難しい部分です。私の読者のほとんどは、未知のコイルの抵抗値を求めるために必要な、以下の簡単な比例計算を実行できるほど算数が進んでいるはずです。

Bに接続された未知の抵抗は、Aにおける既知のコイルに対して、ナイフ接点とスケールの右端（下段の図）の間の分割数と、ナイフエッジとスケールの左端（上段の図）の間の分割数と同じ比率を持ちます。

ある試験において、 Aに5Ωのコイルを使用し、検流計の針がナイフ接点が左端から60番目の目盛り、または右端から40番目の目盛りに止まったと仮定します。この場合、Bにおける未知の抵抗値を求めるには、 Aにおける標準抵抗値に左端の目盛りの数を掛け、その積を右端の目盛りの数で割るだけで済みます。答えは、 Bの抵抗値（Ω）です。

この場合の計算は次のようになります。

5 × 40 = 200
200/60 = 3.33オーム
3.33オームはBの抵抗です。
この説明は非常に長く複雑に思えるかもしれませんが、よく勉強すれば非常に単純であることがわかります。一度理解すれば、抵抗の測定を数多く行えるようになり、実験の面白さと価値が格段に増すでしょう。

ベル、警報、アナウンス
第9章 ベル、警報器、アナウンス装置
電気ベルはほとんどどこでも 25 セントで購入できるので、経済的な観点からすると、電気ベルを作るのは割に合いません。

鐘を作るのはそれほど難しいことではありません。製作に費やす時間とお金は、鐘を製作することによって得られるこの便利な装置に関するより詳しい知識によって十分に報われるでしょう。

ベースの幅は4インチ、長さは5.5インチです。

磁石は2本のボルトで構成され、22番の綿線を巻いたマグネットワイヤが巻かれています。ボルトにはファイバーの先端が取り付けられており、ワイヤを固定します。

ワイヤーはそれぞれの磁石に個別に巻き付けられます。ワイヤーを巻き付ける前に、コアを2～3重の紙で覆います。ワイヤーの端はコアの端にある穴に通します。ボルトの端をヨークに通し、ナットで固定します。

磁石は、磁石の間からベースまで通されたネジが付いた硬い木のストリップによってベルのベースに固定されています。

図119.—電気ベルの磁石スプールとヨークの詳細。
図119.—電気ベルの磁石スプールとヨークの詳細。
鐘のアーマチュアは図120に示されています。アーマチュアは鉄片で作られており、図示されているように、鋼鉄製のバネがリベットで留められています。アーマチュアは、ベースの左下隅に取り付けられた小さなブロックに固定されています。

図120.—アーマチュアと接触ネジの詳細。
図120.—アーマチュアと接触ネジの詳細。
普通の真鍮ネジの先端を図に示す形状にヤスリで削って作った接点を持つ2つ目のブロックを、アーマチュアに固定された接点バネの先端と反対側となるようにベースに取り付けます。ゴングは古いベルや目覚まし時計から取り外すことができます。ゴングはベースの上部に、ハンマーが下端を叩くように取り付けます。

計測器は図121に示すように接続されています。磁石の一方の端子は接触ネジに接続され、もう一方の端はバインディングポストに接続されます。もう一方のバインディングポストはアーマチュアに接続されます。

図121.—完成した鐘。
図121.—完成した鐘。
アーマチュア スプリングは、アーマチュアが接点に押し付けられるよう曲げる必要があります。

ベルに電池が接続されている場合、電磁石がアーマチュアを引き寄せ、ハンマーがゴングを叩きます。アーマチュアが少し移動すると、バネが接点から離れ、回路が遮断されます。電流が遮断されると、磁石の引力は停止し、アーマチュアバネがアーマチュアを後退させて接点に接触させます。接点が接触すると、アーマチュアは再び引き込まれ、このプロセスが繰り返されます。

図122.—ベル、バッテリー、プッシュボタンの接続方法を示す図。
図122.—ベル、バッテリー、プッシュボタンの接続方法を示す図。
ベルを少し試してみれば、すぐに最適な調整方法が見つかるでしょう。図122は、ベルを電池と押しボタンに接続する方法を示しています。押しボタンは、押すと回路が閉じる小さなスイッチです。アーマチュアのバネを弱くしすぎると、ハンマーの動きが非常に遅くなり、寿命が短くなります。アーマチュアが磁石に向かって動くたびに、ボールがベルに当たる前に、アーマチュアが鉄心にわずかに接触するようにしてください。

ベルが正常に作動するようになったら、ゴングだけを露出させて、楽器の動作部分を覆う小さな箱を作るとよいでしょう。

図123.—2つのシンプルな押しボタン。
図123.—2つのシンプルな押しボタン。
図124.—返信信号のベルシステムの配置方法を示す図。
図124.—返信信号のベルシステムの配置方法を示す図。
2つのベルと2つの押しボタンを配置し、返信信号を送信することが望ましい場合があります。その場合、図124に示す回路を使用できます。そうすれば、ベルに応答した人は、2つ目のボタンを押すことで呼び出しを聞いたことを示すことができます。例えば、1つの押しボタンとベルを家の最上階に設置し、もう1つの押しボタンとベルを地下室に設置するとします。地下室にいる人が最上階にいる人に電話をかけたい場合、ボタンを押します。応答した人は最上階のボタンを押して信号を返信し、地下室のベルを鳴らすことができます。

防犯アラーム
効果的な盗難警報装置を作る簡単な方法を図 125 に示します。ベースは約 5 x 6 インチで厚さが 0.5 インチの木片です。小さな真鍮片Aが 2 本の丸頭木ネジでベースに固定され、両端は直角に折り返されています。レバーBも真鍮片です。一方の端は、真鍮片とその下のネジを避けるために外側に曲げられています。レバーは中央でネジとワッシャーで軸に固定されます。下端には小さな穴Dが開けられており、この穴にバネと紐が通されています。バネのもう一方の端はネジとワッシャーCの下に固定されています。

図125.—盗難警報装置トラップ。
図125.—盗難警報装置トラップ。
アラームを設定するには、まずベースを都合の良い場所に固定します。紐を部屋の反対側まで運び、固定します。レバーが紐の両端の中間（A）にくるように紐を調整します。

弦が乱されると、レバーはストリップAに引き寄せられます。弦が切れると、バネがレバーを反対側に引き寄せます。いずれの場合も、警報器がベルと電池に正しく接続されていれば、弦が乱されると回路が閉じ、ベルが鳴ります。

ベルとバッテリーから出ているワイヤの 1 本をAに接続し、もう 1 本をネジとワッシャーのCに接続します。

警報器は窓や戸口に設置し、紐の代わりに黒い糸を張ることもできます。暗闇の中で警報器の存在を知らずに侵入した人は、糸を切ってベルを鳴らしてしまう可能性があります。

電気警報器
電気目覚まし時計は、電源を切るまでベルが鳴り続けるように設定することが望まれることがよくあります。

図126.—早起きの人のための時計用電子アラームアタッチメント。
図126.—早起きの人のための時計用電子アラームアタッチメント。
図126は電気警報装置を示しています。これは普通の乾電池が入る大きさの木箱でできています。箱の外側にはベルが取り付けられています。電池の一方の端子をベルの一方の端子に接続します。ベルと電池のもう一方の端子を、それぞれ約10cmの短い真鍮製の鎖に接続します。鎖の両端は、互いに絶縁するために、小さなシート状の繊維または硬質ゴム片に固定します。繊維の反対側の端は、ガータークリップまたはサスペンダークリップがはんだ付けされたワイヤースプリングに固定します。

図127.—チェーン電極などの詳細
図127.—チェーン電極などの詳細
この電気アタッチメントの操作は非常に簡単です。通常の目覚まし時計のアラームキーを巻き上げ、クリップをキーに取り付けます。2つのチェーンが互いに接触しない位置に時計を置きます。時計をセットします。機械式アラームが鳴ると、キーが回転して2つのチェーンをねじり、電気回路が閉じてベルが鳴ります。ベルはクリップを外すまで鳴り続けます。このアタッチメントは、通常の目覚まし時計に取り付けることができます。

アナウンシエーター
ベルや盗難警報器の回路には、ベルを鳴らすボタンが複数ある場合に、そのボタンがどこで押されたかを示すために、アナンシエータが配置されることがよくあります。

アナンシエータ上で使用される個別のインジケータはドロップと呼ばれます。

図128.—アナウンシエータードロップ。
図128.—アナウンシエータードロップ。
滴は電磁石と真鍮のストリップなどから作ることができます。

フレームは厚い真鍮板から切り出され、図 128 および 129 に示すように形作られます。

ドロップ バーは、下端がフレームに枢動固定され、上端が上向きになって数字や文字を受容する金属片です。

アーマチュアは鉄板の帯板で作られており、その上端はフレームに軸支されています。帯板は磁石の前方に落ちるように直角に曲げられています。アーマチュアの下部はフック状に曲げられており、このフックはドロップバーに切られたスロットに収まります。電流が磁石を通過していないときにアーマチュアをコアから引き離すため、フレームとアーマチュアの上端の間には細いワイヤースプリングが配置されています。

電磁石には、No. 25 B. & S. 綿被覆磁気ワイヤを巻く必要があります。

磁石に電流が流れると、アーマチュアが引き込まれます。この動作により、ドロップ バーのスロットの端からフックが解放され、バーが下がって数字または文字が見えるようになります。

図129.—ドロップフレームとアーマチュアの詳細。
図129.—ドロップフレームとアーマチュアの詳細。
盤上に複数の「滴」を並べ、異なる回路に配置することで、どの回路が閉じているかをいつでも確認できます。数字が落ちすぎないように、ストップバーを配置すると良いでしょう。滴が落ちるたびに、バーを元の位置に戻してリセットする必要があります。

電信
第10章 電信
電信の実験は 1753 年にまで遡って行われ、そのときには、静電気機械によって生成される火花の組み合わせでアルファベットの文字を表すことによってメッセージを送信することが提案されました。しかし、これらの実験は実用的価値がほとんどなく、ガルバニック電流が発見されるまでは重要な成果は何も得られませんでした。

これらの古い実験の多くは非常に粗雑で、今日の方法と比較するといくぶん滑稽に思える。電信に関する最初の提案は、 1753年2月のスコッツ・マガジンに掲載されたもので、電気の吸引力で動作する数種類の電信機の提案が示されていた。これらの電信機は、アルファベットの各文字に対応する1本の電線を20ヤードごとにガラス棒で支えた、一連の平行線によって伝送される。単語は、電気の作用で紙の文字を吸引するか、文字に対応するベルを鳴らすことで綴られることになっていた。

現代の電信は、基本的に次の 4 つの要素で構成されています。

電流を発生させる電池。

ある点から別の点へ電流を伝える電線。

電流のオン/オフを切り替える送信機。

離れた地点からの電流の脈動によって生じた信号を音として発信する電磁受信装置。

電池はほぼあらゆる形態の電池が使用可能ですが、電信用途には重力電池が適しています。

線路としては通常、太い亜鉛メッキ鉄線が使用されます。電線を固定する箇所には必ず絶縁体を使用する必要があります。屋外工事では、電線を支える柱や建物に固定する木製のピンやブラケットにガラス碍子を取り付けたものが使用されます。建物内では、電線が壁などを貫通する箇所にゴム管が使用されます。

電信の操作は、多くの人が考えるほど複雑で理解しにくいものではなく、非常に簡単です。

キーは、通常のスイッチとほぼ同じ方法で電流の流れを制御する装置です。フレームに取り付けられたトラニオンネジで回転する鋼鉄製のレバーと、親指と人差し指で軽く握るゴム製のノブで構成されています。レバーを押し下げると、レバーの裏側に固定された白金製のポイントが、キーの基部にあるゴム製のブッシングに取り付けられた別のポイントと接触します。そのため、キーが押し下げられた状態、つまり「閉じられた状態」（よく「閉じられた状態」と呼ばれます）でない限り、2つのポイント間には電気的な接続はありません。キーは通常、「レッグ」と呼ばれる2本のロッドで操作台に固定されます。レバーには、キーのストロークを非常に細かく調整できるネジが取り付けられています。

図130.—さまざまな部品を示した典型的な電信キー。
図130.—さまざまな部品を示した典型的な電信キー。
ラインワイヤとバッテリーはキーに接続されているため、キーが押されて接点が接触するまで電流は流れません。

「サウンダ」は、可動式の平らな鉄片の下のベースに取り付けられた 2 つの電磁石で構成されます。電流が電磁石を流れると、電磁石の磁気によって引き寄せられ、磁気が巻線を励起しなくなると、バネによって引っ込められます。

この鉄片はアーマチュアと呼ばれ、真鍮またはアルミニウムの帯状の部品であるレバーの上に取り付けられています。レバーは真鍮の「アンビル」に衝突し、「クリック」という音を発します。このクリック音が電信アルファベットの点と線を形成します。

図131.—典型的な電信音響器、さまざまな部品を表示。
図131.—典型的な電信音響器、さまざまな部品を表示。
キーが押されるたびに、電流がラインに送り出されます。電流はサウンダーの磁石を流れ、アーマチュアを下方に引き寄せます。レバーがアンビルに当たり、「カチッ」という音を立てます。キーレバーを放すと電流は遮断され、レバーが上昇してアンビルの上部に当たり、「カチッ」という音を立てます。

最初のクリック音と2回目のクリック音の間の時間は、キーを押し続ける時間の長さに応じて自由に変化させることができます。短い周期は「ドット」 、長い周期は「ダッシュ」と呼ばれます。モールス信号に従って並べられたドット、ダッシュ、スペースの組み合わせは、理解しやすい信号となります。

簡単なキーとサウンダーの作り方
図 132 および 133 に示す小さな電信機器は、長い回線には実用的ではありませんが、部屋から部屋へメッセージを送るために使用することができ、多くの教育と楽しみの源にすることができます。

図 132.—簡単な自家製電信キー。
図 132.—簡単な自家製電信キー。
鍵は、図 132 に示すように、木製の台座に固定された真鍮の細片です。先端に何らかのノブが取り付けられており、指で簡単に握ることができます。

小さなブリッジは厚い真鍮板で作られており、上向きのストロークでレバーが接触部から離れすぎるのを防ぎます。

バインディングポストAとBは、後端のキーレバーと前端の接点に接続されています。ポストCはブリッジに接続されています。

この音響装置は、木製の台座に垂直に設置された2つの小型電磁石で構成されています。これらの電磁石は、ヨークとして機能する厚い鉄板の帯で底部で接続されています。

図133.—簡単な自家製電信音響装置。
図133.—簡単な自家製電信音響装置。
アーマチュアは鉄板で作られており、図に示すように巻かれています。アーマチュアの一端は木製のブロックに固定されており、磁石の真上、約8分の1インチ（約1.8cm）上方に来るように配置されています。アーマチュアの反対側の端は、磁石の裏側にある垂直の板に取り付けられた木製のブロックに固定された2本のネジの間で、約8分の1インチ（約1.8cm）上下に動きます。ネジの目的は、アーマチュアが木材に当たるだけの場合よりも、サウンダーの「クリック」音をより大きく、より明瞭にすることです。

ゴムバンドまたは小さなワイヤースプリングをネジの上を通し、もう一方の端をアーマチュアに接続すると、電流が流れていないときにアーマチュアを磁石から引き離します。

磁石の端子はベースに取り付けられたバインディングポストに接続されます。

図 134.—2 つの簡易電信局を接続する方法を示した図。
図 134.—2 つの簡易電信局を接続する方法を示した図。
キーとサウンダーは、電池1個または2個と直列に接続します。キーを押すと、サウンダーのアーマチュアが引き下げられ、クリック音が鳴ります。キーを離すと、アーマチュアはバネまたはゴムバンドによって引き上げられ、2回目のクリック音が鳴ります。

機械や電気に興味がある少年なら、一度は友達と「回線」を張るための電信機が欲しいと思ったことがあるはずです。

ここで示すスケッチと指示に従うことで、このような機器の実用的な動作セットを非常に簡単に、そしてほとんど費用をかけずに構築できます。

音響器用の磁石は、電信技師自身が自作するか、磁気ベルなどの古い電気機器から入手するかのいずれかの方法で製作できます。後者の場合、作業の最も困難な部分を回避できます。

自家製の場合、次の提案が製作時に役立つかもしれません。

図135.—キーボードとサウンダーで構成される完全な電信セット。
図135.—キーボードとサウンダーで構成される完全な電信セット。
コアは、ヘッドを切断した1/4インチのストーブボルトから作られます。磁石のヘッドは、厚さ1/8インチ、直径1インチの硬質木材繊維から切り出されます。ヘッドはしっかりとフィットし、接着剤で固定します。ヘッドとヘッドの間には、7/8インチの巻き取りスペースが形成されるように間隔を空けます。磁石には、B&Sゲージの25番綿線を巻き付けます。

図136.—図135に示した電信装置の詳細。
図136.—図135に示した電信装置の詳細。
ヨークは、幅1.5インチ、長さ2インチの鉄板を1/4インチの厚さに積み重ねるのに十分な枚数で作られています。ヨークの両端に、1.5インチ間隔で1/4インチの穴を2つ開けます。磁石コアの下端をこれらの穴に通します。磁石コアの端はヨークから1.5インチ突き出ている必要があります。

これらは、厚さ3/4インチのベースボードに開けられた2つの穴に通されます。穴は下側から皿穴になっており、それぞれの下端にナットをねじ込むことで、磁石を垂直にしっかりと固定できます。機器の残りの部品は非常に簡単に作ることができ、図面にも明確に示されているため、数語以上の説明はほとんど必要ありません。

レバーまたはタング、金床、基準、およびキーのレバーはすべて、図に示されているパターンに従って堅い木から切り出されています。

アーマチュアは小さな真鍮のネジでレバーに固定された軟鉄片です。

より大きな音が出るように、サウンダーの調整ネジの頭の下に画鋲が打たれています。

ゴムバンドはバネのように機能し、アーマチュアとレバーの重量に対抗して、電流が遮断されるとすぐに引き上げます。レバーの動きは、カチッという音が聞こえる程度に調整する必要があります。

レバーとスタンダードの間に摩擦が生じないように注意し、レバーが完全に自由に動くようにします。

作業に使用するネジはすべて、先端を平らにヤスリで削った丸頭の真鍮製木ネジを使用してください。ネジを締める前に、木材が割れるのを防ぐため、小さな穴を開けてください。

キーの構造はサウンダーよりもさらに単純で、横方向の動きはなく上下に動きます。

機器を使用していないとき、およびメッセージを受信して​​いるときは、回路クローザーを閉じたままにしてください。受信を終えて送信したいときは、すぐに回路クローザーを開き、友人の回路クローザーも閉じてください。

キーのレバーの下のバネの張力は、各オペレーターのニーズに合わせて調整する必要があります。

図 137.—1 本の線と 1 本のアースを使用して 2 つの完全な電信セットを接続する方法を示した図。
図137.—1本の線とアース線を使用して、2台の完全な電信装置を接続する方法を示した図。2点スイッチは、線が使用されていないときに電池を回路から切断します。
機器の接続図は分かりやすいものです。ガス管や水道管に接続することで「アース」が確保できる都市部や町では、1本のアース線は簡単に省略できます。あるいは、必要に応じて、湿った場所に3～4フィート四方の大きな亜鉛板を埋め、そこにアース線を配線することでアースを形成することもできます。

電信リレーの作り方
長い電線で電信を行う場合や、1 つの回路に多数の機器がある場合、電流が音響器を直接動作させるほど強くないことがよくあります。このような場合はリレーが使用されます。リレーは音響器と同じ原理で作られていますが、部品がはるかに軽量化されているため、機器の感度が向上しています。リレーの接極子は非常に小さく、動きも小さいため、クリック音はほとんど聞こえません。そのため、リレーには 2 番目の接点セットが取り付けられ、バッテリーと音響器に接続されます。音響器は、接点が閉じるたびに動作します。リレーの原理は、それ自体が動作するには強度が不十分な弱い電流でも、代わりに動作を行う強い局所的な電流を発生させることができるというものです。

リレーには多くの形式があり、以下に説明するものは電信回線で一般的に使用されるタイプではありませんが、平均的な実験者が作成できる通常の回線リレータイプのどの機器よりもはるかに感度が高いという利点があります。

図138.—リレー部品の詳細。
図138.—リレー部品の詳細。
直径1/4インチのストーブボルトから磁石を作り、長さ約2.75インチの芯線になるように切り取ります。それぞれの芯線に、ワイヤーを固定するためのファイバーヘッドを2つ取り付けます。脚部を紙で絶縁し、B.&S.ゲージ30番の単芯綿被覆マグネットワイヤーを約50層巻き付けます。マグネットヘッド間の巻き付け間隔は1.75インチとします。

マグネットコアの上端は、ファイバーヘッドから約1/4インチ突き出すようにしてください。コアの端は、図に示すようにヤスリで平らに削ってください。

磁石は厚さ3/16インチの鉄製ヨークに取り付けられています。ヨークの穴の間隔は、磁石コアの中心間の距離が1.5インチになるように調整する必要があります。

リレーのアーマチュアは、両端に鋭い先端を持つ小さな鋼鉄シャフトに取り付けられています。アーマチュアの正確な形状は、図から最もよく理解できます。

シャフトの下端は、2 つの磁石の中間にあるヨークにセンター パンチを打ち込むことによって作られた小さな円錐形の窪みに収まります。

上部ベアリングは木製の支柱から突き出た真鍮の細片です。シャフトの先端はヨークの凹部と同様の凹部に収まっています。

接触レバーは真鍮製で、アーマチュアの下のシャフトに押し付けられています。レバーは、サポートの片側に固定された小さな真鍮クリップと、反対側の同様のクリップに固定された小さなネジの間を往復運動します。

コンタクトクリップは、厚さ約22番ゲージのスプリング真鍮製です。サポートに貫通するネジで調整できます。

ネジを調整することで、アーマチュアの動きを非常に小さく制御することができます。

ベアリングに摩擦がなく、アーマチュアは完全に自由に動く必要があります。アーマチュアは磁石コアの端に近づき、厚紙の厚さ程度の隙間が空くまで接近し、接触してはいけません。

図139.—完成したリレー。
図139.—完成したリレー。
バネは細い真鍮線で作られています。バネはアーマチュアシャフトに固定され、木製の支持台に絹糸でネジが取り付けられています。絹糸はシャフトに1～2回巻き付けられており、磁石に流れる電流が止まるとすぐにバネの張力によってアーマチュアが磁極片から離れるように作用します。

図 140.—リレー、サウンダー、キーの接続方法を示す図。
図140.—リレー、サウンダ、キーの接続方法を示す図。キーを閉じるとリレーが作動し、次にリレーがサウンダを作動させます。
バネの張力は、ドライバーでネジを回すことで調整できます。アーマチュアが磁石の極にくっつきやすい場合は、小さな紙片をシェラックで磁極に固定してください。

磁石の端子は、AとBでマークされた2つの端子に接続されています。CとD でマークされた端子は、それぞれ接触クリップと木製サポート上部の真鍮ベアリングに接続されています。

図 140 の図は、リレーが電信線に接続される方法を示しています。

電信の習得方法
これまで説明した機器は実用的な電信機器ではあるが、商用機器の優れた点が欠けており、それらの機器を使用しても、本物のキーとサウンダを使用した場合のように効率的に操作することはできません。

若い実験者が熟練した電信オペレーターになりたい場合、最初にすべきことは学習者用の電信キーと音響器を購入することです。

乾電池を機器背面の端子に接続します。機器をテーブルの上、前端から約18インチ離れた場所にネジで固定します。アームが十分に収まるスペースを確保します。機器の調整ネジが緩んでいないこと、またサウンダーのアーマチュアが約1/16インチ（約2.5cm）の範囲で上下に自由に動くことを確認してください。

レバーを磁石から引き離すバネは、電流が流れていない状態でレバーを持ち上げるのに十分な張力に設定する必要があります。バネがきつすぎると、アーマチュアが磁石を流れる電流に反応できなくなります。

鍵には複数の調整ネジが付いており、操作者の手に合わせてレバーの張力と遊びを調整できます。少し練習すれば、生徒は鍵をどのように設定するのが最適かを自分で判断できるようになります。

次のステップは、アルファベットを暗記することです。そうすれば、それぞれの文字をいつでも瞬時に思い出せるようになります。句読点はあまり使われないので、最初に覚えなければならないのはピリオドだけです。

モールス信号は、点、ダッシュ、スペースで構成されています。これらの信号の組み合わせによって文字や単語が綴られます。

多くの文字は他の文字の逆順になっています。例えば、AはNの逆順です。BとF 、DとU 、Cと R 、QとX 、Zと&なども逆順の文字です。これらの文字の1つ1つを覚えておけば、逆順の文字は簡単にマスターできます。

初心者はキーを正しく握る方法を学ぶことが重要です。なぜなら、癖がつきやすく、悪い位置ではオペレーターの送信速度が制限されるからです。

人差し指または人差し指をキーハンドルの上部に置き、親指をハンドルの縁の下に置きます。中指は反対側に置きます。指は円の4分の1の断面を描くように曲げます。中指と薬指は手のひらにほぼ密着するように下ろします。腕はキーの前のテーブルに置き、手首は完全に柔軟にしておきます。

図141.—電信キーの持ち方。
図141.—電信キーの持ち方。
キーの握りはしっかりとしますが、硬直しすぎないようにしてください。力を入れすぎたり、軽くためらったりするのは避けてください。キーを上下に、確実に、しっかりと動かすように努めてください。横からの圧力は一切避け、合図を送る際は指がキーから離れないようにしてください。キーの動きは主に手首で行い、指と手は完全に柔軟にしてください。

点（ドット）は、キーを一瞬押し下げることで形成されます。ダッシュ（ダッシュ）は、3つの点（ドット）を形成するのと同じ時間キーを押し続けることで形成されます。ロングダッシュ（ダッシュ）は、5つの点（ドット）を形成するのと同じ時間キーを押し続けることで形成されます。

例えば、文字「R」の最初の2つの点と最後の2つの点の間のスペースのように、文字間のスペースは1つの点に相当する時間を占めるべきです。各文字間のスペースは2つの点に相当する時間を占めるべきであり、単語間のスペースは3つの点に相当する時間を占めるべきです。

キーの使い方は、まず1秒ごとに2点ずつ連続して打つことから始めましょう。そして、10点打てるようになるまで速度を上げていきます。1分間に360点を完璧に規則的に打てるようになるまで練習を続けましょう。

それから、3 秒ごとに 2 回の割合でダッシュを開始し、1 分間に 120 回を完璧に規則的に実行できるようになるまで続けます。

1 秒に 1 回のペースで長距離ダッシュを練習し、1 分間に 90 回できるようになるまでペースを上げていきます。

図142.—モールス電信符号。
図142.—モールス電信符号。
これができるようになったら、次の文字を完璧に書けるまで練習しましょう。それぞれの文字の列は、習得するまで個別に練習する練習です。

ドット文字
EISHP 6

ドットとスペースの文字
オクライズ＆

ダッシュ文字
TLM 5 O

点と破線
AUV4

ダッシュとドット
NDB 8

混合点と混合ダッシュ
FGJKQWX 1 2 3 7 9 期間

様々な文字が書けるようになったら、単語を作る練習をしましょう。よく使う単語のリストを選びましょう。単語が簡単に書けるようになったら、本のページを送る練習をしましょう。

体系的かつ継続的な練習により、生徒は送信技術の習得において驚くべき進歩を遂げることができます。

メッセージの読み取りと受信は、必ず一緒に練習する生徒と一緒に行ってください。2つの機器を別々の部屋または別々の家に設置し、オペレーター同士の通信を完全に機器に依存するようにします。まずは簡単なメッセージの送受信から始めましょう。次に、本のページを使って速度を上げ、音響器を見ずに、クリック音だけで短点と長点の長さを判断し、1分間に少なくとも15語の送受信ができるようになるまで速度を上げます。

図140は、2つの局に通常の電信線を敷設する方法を示しています。通常の電信作業には重力電池を使用します。メッセージを送信していないときは、回路クローザーを閉じてキーを閉じた状態にしておく必要があります。キーの片方が開いたままになっていると回路が切断され、回線の反対側にいる人がメッセージを送信できなくなります。

各電信局には通常2文字からなる名称または呼出番号がある。例えばニューヨークの呼出番号はNY、シカゴの呼出番号はCHとなる。

ニューヨークがシカゴに電話をかけたい場合は、応答があるまで「C H.」というコールサインを繰り返します。シカゴは「I」を数回送信し、「C H.」と署名して応答します。応答があれば、ニューヨークはメッセージを継続します。

マイクと電話
第11章 マイクと電話
1878年、デイヴィッド・エドワード・ヒューズは、炭素や木炭などの物質の2つの部分の間に形成される不完全な接触が、わずかな圧力変化に非常に敏感であることを発見しました。この接触を電池と電話受話器と組み合わせた電気回路に組み込むと、音が伝わります。このような装置は マイクロフォンと呼ばれます。マイクロフォンには様々な形状がありますが、そのほとんどは、炭素または木炭の1つの部分が他の2つの部分の間に緩く挟まれており、空気やその他の媒体を介して伝わるわずかな振動にも容易に影響を受けます。

図 143.—電話受話器とバッテリーに接続されたマイク。
図 143.—電話受話器とバッテリーに接続されたマイク。
図143は、この原理を具体化した簡素な楽器の例を示しています。小さなカーボン鉛筆が、同じ素材の2つのブロック（松材の薄い響板に接着）の間に緩く支えられています。響板は木製の台座の上に垂直に設置されています。カーボン鉛筆は、カーボンブロックの2つの小さな窪みに緩く収まっています。ブロックは、極細のワイヤーまたはアルミ箔の帯で、1つまたは2つの電池と受話器に接続されています。マイクロフォンの届く範囲内で振動や音が伝わると、響板が振動します。これは、カーボン鉛筆と2つのブロック間の接触圧力に影響を与えます。2つのブロック間の圧力が増加すると、電流経路の抵抗が減少し、回路を流れる電流が増加します。一方、圧力が減少すると、抵抗が増加し、受話器を流れる電流が減少します。このように、回路を流れる電流量は抵抗の変化に比例し、受話器から音が鳴ります。受信機から放射される振動は通常、元の音よりもはるかに大きいため、マイクロフォンは時計の歯車のチクタク音や虫の足音といった微弱な音を増幅するのに使用できます。マイクロフォンの台座に時計を置くと、脱進機のチクタク音が驚くほど大きく聞こえます。ハエがマイクロフォンの上を歩く音は、馬の足音と同じくらい大きく聞こえることもあります。

図 144.—ハエの足音も聞き取れる非常に感度の高いマイクロフォン。
図 144.—ハエの足音も聞き取れる非常に感度の高いマイクロフォン。
医師が心臓の動きを聞くために使用する電気聴診器は、原則として、バッテリーに接続されたマイクと受話器だけです。

図144は、非常に簡単に作れる非常に感度の高いマイクを示しています。この装置を使えば、ハエの足音や羽音を聞き取ることができます。

装置を取り付ける台座は共鳴板として機能し、中空の木箱の形をしています。普通の葉巻箱の紙をはがし、箱を分解することで作ることができます。箱の上部を形成する部分は、厚さが3/32インチになるまでかんなで削る必要があります。完成した箱は、約5インチ四方、厚さ3/4インチになります。組み立てには釘や小さなねじ山を一切使用せず、接着剤で固定してください。釘を使用すると、楽器の感度がかなり低下します。箱の底は開いたままにしておきます。こうすることで、バンジョーのヘッドと同じ原理の共鳴板が完成します。底がテーブルなど、マイクを置く場所から十分に離れるように、4隅に1/4インチ四方の小さな脚を接着します。それぞれの小さな脚の底にはフェルトの層がクッションとして付いており、楽器が置かれている物体によって楽器に衝撃が伝わらないようになっています。

このタイプの楽器で使用されるカーボン ペンシルは、中央で回転し、一方の端がカーボン ブロックの上に置かれます。

カーボンブロックは、長さ約1インチ、厚さ約1/4インチ、幅約1/2インチで作られています。両端近くに小さな穴が開けられており、この穴にネジを通してブロックを響板に固定します。このネジの1つから細いワイヤーがボックス側面に取り付けられたバインディングポストまで伸びています。もう1本のワイヤーは、2つ目のバインディングポストからスタンド（これも小さなネジで響板に固定されています）まで伸びています。

スタンダードは薄い真鍮の板から作られており、図に示す形状に曲げられています。

鉛筆は、直径1/4インチ、長さ2.75インチの炭素棒です。縫い針を使って、片方の端から1.5/8インチのところに小さな穴を開け、両端を尖らせた細い真鍮線を押し込みます。真鍮線は穴にぴったり収まるはずです。真鍮線の長さは約1.25インチで、普通のピンで作っても構いません。

スライドバーは、カーボンブロックへの鉛筆の圧力を調整するために使用され、直径約1/8インチの柔らかい銅線です。図に示すように曲げられており、カーボン鉛筆の上を滑ります。スライドバーの側面は、カーボン鉛筆を貫通する軸の両端に、滑り止めとなる程度にしっかりと押し付けられ、同時に上下に自由に振れるようにします。

2つの端子を、乾電池2個と良質の受話器2台に直列に接続します。受話器を耳に当てます。スライドバーを軽く前後に動かし、部屋の別の場所で話している人の声が受話器から明瞭に聞こえるようにします。かすかなささやき声を聞き取るには、スライドバーをカーボンブロックから離します。

ハエの足音を聞き取るには、カーボンを非常に乾燥させ、清潔に保つ必要があります。機器は慎重に調整する必要があります。マイクを大きなガラス球で覆い、その中にハエを入れます。ハエがマイクのどの部分でも歩くたびに、電話の受話器で足音が聞こえます。ハエがガラス球の中で飛び回ると、羽音によって受話器で大きな唸り音とブーンという音が聞こえます。

電話
電話が初めて登場した数年前、それは今日の無線通信と同じように、時代の驚異でした。当初は非常にシンプルで安価な装置でしたが、徐々に素晴らしく複雑なシステムへと発展し、当初のように50マイルや100マイルの距離での通話に苦労していた電話は、今では2000マイルもの回線でも、対面での会話と同じくらい簡単に会話できるようになりました。

電信と同様に、電話の原理は電流が線路を通って一対の電磁石に流れるというものです。ただし、多くの重要な違いがあります。

電信装置と比較すると、電話は非常に感度が高いことがわかります。電信リレーが正常に動作するために必要な電流は、おそらく1アンペアの100分の1程度です。電信音響器は約10分の1アンペアですが、電話受話器は100万分の1アンペア以下で音声を聞き取ることができるため、音響器のほぼ10万倍の感度があると言えます。

電話と電信のもうひとつの違いは、電信線を流れる電流は通常 1 秒間に 20 回から 30 回以上の速度で変化しないのに対し、電話の電流は 1 秒間に数百回も強度が変化するという点です。

電話は電気によって遠くまで音声を伝える装置であり、スピーカーは薄い鉄板の弾性板に話しかけ、その板が振動して脈動する電流を送ります。

振動の伝達は、よく知られた電気の原理に基づいており、音そのものの伝達ではなく、送信機内の音声によって生成される音波と完全に同期した電気インパルスによって行われます。これらの電流は、プレートまたはダイヤフラムに作用する一対の小さな電磁石を通過し、ダイヤフラムは送信機に向かって話された元の音声と同様に空気を攪拌し、音を発します。

装置の、音を拾いそれを電流に変える部分が 送信機です。マウスピースで話された言葉は振動板に当たり、振動板の裏側にはカップ状の小さな炭素片が固定されています。2 つ目のカップは最初のカップのすぐ裏側に固定されています。2 つのカップの間の空間は、磨かれた小さな炭素粒子で満たされています。これらの粒子が完全に緩んだ状態にあり、乱されていない場合、電流に対する抵抗は非常に大きく、ほとんど電流が流れません。わずか に圧縮されると抵抗は大幅に低下し、電流が流れるようになります。振動板の振動によって、背面に取り付けられたカーボン カップが動き、炭素粒子にさまざまな圧力が加わり、それに応じて抵抗と通過する電流量も変化します。

図 145.—受信機、送信機、およびバッテリーが直列に接続された電話システム。
図145.—受話器、送信器、電池が直列に接続された電話システム。送信器に話された言葉は受話器によって再生される。
受信機、つまり脈動電流を音波に戻す装置部分は、永久磁化された小さな鋼棒の端に非常に近いが完全には接触しない位置に配置された薄い鉄の円盤で構成され、その周りに細い絶縁電線のコイルが巻かれています。

図145に示すように、送信機と受信機は電池を介して直列に接続されています。送信機に話しかけると、小さな炭素粒子が即座に動き出し、圧縮と解放を交互に繰り返すことで、電池から受信機に流れる電流が変化します。受信機の磁気は電流の変化に応じて変化し、振動板を交互に引き付けたり反発したりすることで振動させ、音を発します。これが電話の原理です。現在実際に使用されている電話機は、ベル、マグネトー、誘導コイル、コンデンサー、リレー、その他様々な装置で複雑に構成されており、これにより効率が向上しています。

ベルとマグネトーは、中央交換手または回線の相手を呼び出し、誰かが通信を希望していることを知らせるためのものです。旧式の電話では、この目的のために、分極ベルと手動マグネトーと呼ばれる装置が使用されていました。分極ベルは非常に感度の高い装置で、ごく微量の電流でも動作します。マグネトーは小型の手動発電機で、クランクで回すと電流が発生し、回線の相手側のベルが鳴ります。受話器を耳に当てるためにフックから持ち上げると、ベルとマグネトーは自動的に回線から切り離され、受話器と送信機が接続されます。電話機と受話器に必要な電流は、各電話機内に装填された 2 個または 3 個の乾電池によって供給されます。

最新型の機器では、中央エネルギーシステムと呼ばれるシステムが採用されており、中央局に設置された大型の蓄電池から電流が供給され、そのシステムに接続されたすべての電話機に電流が供給されます。

本書のような書物で、日常的に使用されている様々な電話システムの詳細を網羅するほど電話の歴史に深く踏み込むことは不可能でしょう。膨大な資料が必要となるからです。そのような作業は一冊の本になってしまいます。追加情報は、どの参考図書館でも容易に見つけることができます。しかし、家と納屋、あるいは近所の友人と連絡を取るための電話を作りたいと思っている「少年電気技師」にとっては、本書の後半で必要な情報が得られるでしょう。この作業を慎重に進め、自家製の電話システムを構築・設置すれば、非常に興味深い試みとなるだけでなく、若い実験者の心の中にこの装置を取り巻くあらゆる謎を解き明かすことになるかもしれません。

電話の作り方
電話受話器は、音声を受信する以外にも、電気工事において様々な用途で役立ちます。無線機器と接続して使用したり、電気回路の測定において検流計の代わりに使用したり、様々な試験に使用されます。

電話受話器には2種類あります。1つは長くて扱いにくいもので、オリジナルのベル電話受話器によく似ています。もう1つは小さくて平らで、「ウォッチケース型」受話器と呼ばれます。ウォッチケース型受話器は図146に示されています。この受話器は、U字型の永久磁石が2つの小さな電磁石に分極作用を及ぼすように取り付けられており、電磁石の極の前に鉄製の振動板が配置されています。便宜上、これらの部品は通常硬質ゴム製の小さな円筒形のケースに収められています。永久磁石は振動板に常に引力をかけ、引き寄せる傾向があります。電話の電流が小さな磁石を通過すると、電流の方向に応じて、永久磁石の力が強くなって振動板を引き寄せるのを助けるか、または永久磁石の力が弱まって振動板が後退するのを促します。

図146.—時計ケース型の電話受話器。
図146.—時計ケース型の電話受話器。
腕時計型受信機は、非常に軽量で、ヘッドバンドに簡単に装着できるため、無線電信作業によく用いられます。ヘッドバンドに装着すれば、耳に装着して両手を自由に使えます。腕時計型受信機は、ほとんどの電気店で45～75セントで購入できます。アマチュア実験者にとって、様々な用途で非常に便利です。

短い電話回線で十分な結果を出すことができる電話受話器は非常に簡単に作ることができますが、もちろん信頼できる電気メーカーから既製品を購入する受話器ほど効率的ではありません。

最初の実用的な電話受話器は、アレクサンダー グラハム ベルによって発明され、図 147 に示すものとほぼ同じ方法で作られました。

このような受信機は、長さ3.75インチ（約9.3cm）、直径約1.8インチ（約3.7cm）のカーテンポールから作ることができます。カーテンポールの全長にわたって、軸に沿って直径3.8インチ（約1.8cm）の穴が開けられており、そこに永久磁石が取り付けられます。

レシーバーのシェルは、直径2.5インチ（約6.3cm）、深さ1インチ（約2.5cm）のカップ型の硬い木材です。旋盤で加工する必要があります。正確な形状と寸法は、図147の断面図に示されている寸法から最もよく理解できます。シェルは、カーテンポールの一端に接着剤でしっかりと固定されています。

永久磁石は直径約8分の3インチ、長さ約8分の4インチと約9分の5インチの硬い鋼鉄です。適切な磁石を作るには、鋼鉄を焼き入れ、あるいは硬化させる必要があります。最適な方法は、鍛冶屋に依頼することです。鍛冶屋は棒を熱し、適切な温度になったところで水に浸します。

図147.—シンプルな形の電話受話器。
図147.—シンプルな形の電話受話器。
棒磁石の片端には、直径約7/8インチ（約1.7cm）の厚いファイバーワッシャーが2枚、1/4インチ（約2.3cm）間隔で取り付けられています。このようにして作られたボビンには、36番B.&S.ゲージの単線シルク被覆マグネットワイヤが巻き付けられています。ワイヤの両端はファイバーワッシャーの2つの小さな穴に通され、2本のより太いワイヤに接続されます。ワイヤはカーテンポールの2つの穴に通され、端から端まで、棒磁石を通すための穴と平行に縦方向に通されます。

次に、この棒磁石を穴に押し込み、スプールが固定されているロッドの端がシェルの端のすぐ下になるまで押し込みます。

2本のワイヤーは、受信機の端に取り付けられたバインディングポストAとBに接続されています。受信機を吊り下げるためのフックも付いています。

振動板は直径2.5インチ（約6.3cm）の薄い鉄板でできた円形の部品です。これをシェルの上に置き、棒磁石の先端が振動板にほぼ接触するまで調整します。磁石は穴にしっかりと収まるように設計されているため、前後に動かすには磁石を駆動する必要があります。

振動板は、直径2.75インチ（約6.3cm）の硬材製キャップで固定されています。キャップの中央には直径3.25インチ（約1.8cm）の穴が開いています。キャップは4本の小さな真鍮ネジでシェルに固定されています。

これで受信機は完成し、バッテリーを 2 つの端子 ( AとB )に接続したり取り外したりするたびに大きなカチッという音が鳴るはずです。

ベル社の最初の電話機は、電池や送信機を持たず、2つの受信機だけで構成されていました。この場合、電流は「誘導」によって発生します。受信機は、通話だけでなく受信にも使用されます。この通話方法は、ある程度の距離では満足のいくものではありません。送信機の製作に費やされた時間は、きっと無駄にはならないでしょう。

図148は、送信機の簡略化された形状を示しています。木製の背面（B ）は、3.5インチ四方、厚さ3/4インチです。ブロックの前面は、断面図に示すように中央がくり抜かれています。

フェイスプレートAは、2.5インチ四方、厚さ1.5インチです。中央には直径7/8インチの穴が開けられています。そして、片側を直径1.3/4インチまでくり抜き、断面図に示すように振動板が振動できる空間を確保しています。

カーボン製のボタンは直径1インチ、厚さ3/16インチです。それぞれのボタンの中央には、真鍮製の機械ネジを通すための小さな穴が開けられています。ネジの頭がカーボンの表面にできるだけ近づくように、穴は皿頭に加工されています。次に、鋭利なナイフまたは三角やすりを使って、カーボンの表面に十字の線が刻まれるまで切り込みを入れます。

ダイヤフラムは、直径2.5インチの円形に切断された薄い鉄板です。中央には小さな穴が開けられています。カーボン製のボタンの1つが、小さなネジとナットでダイヤフラムの中央に固定されています。

フランネルまたは薄いフェルトを、幅16分の9インチ、長さ3.5インチの細長い帯状に切り取ります。この細長い帯を、ダイヤフラムに取り付けたカーボンボタンの縁に絹糸で巻き付けます。この帯は、ボタンで一端が閉じられた円筒形になるようにします。

シリンダーに、研磨された炭素電話送信機の粒を約8分の1インチ（約3.5cm）の深さまで詰めます。この粒は電気店で購入する必要があります。細かく研磨された小さな炭素球で、見た目は散弾銃の散弾に似ています。

2つ目のカーボンボタンの穴に長い小ネジを通し、ナットで固定します。次に、カーボンボタンをシリンダーの端に差し込み、端が閉じるようにします。2つのボタンの間隔は約16分の3インチにします。ボタンがずれないように、フランネルまたはフェルトを絹糸でボタンの周りに巻き付けます。これで、図148の右上隅にある断面図と同じ配置になります。

完成した送信機は、図 148 の下部に示すように組み立てられます。

小さな錫製の漏斗がフェースプレートAの穴に取り付けられ、マウスピースとして機能します。

ネジは背面（B）を貫通し、振動板に接続されています。図ではネジは「E 」で示されています。ネジにはバインディングポストがねじ込まれており、ワイヤーを簡単に接続できます。背面のカーボンボタンを貫通するネジは、木製の背面の穴も貫通しており、真鍮ナットでしっかりと固定されているため、ボタンは非常にしっかりと固定され、動きません。前面のボタンは振動板に固定されているため、振動板の振動に合わせて自由に前後に動きます。

図148.—自家製の電話送信機。
図148.—自家製の電話送信機。
カーボン粒子はボタン間のスペースの4分の3程度まで埋める必要があります。粒子はゆるく重ねて配置し、詰め込みすぎないようにします。

電池と受話器を接続すると、電流は端子Dから背面ボタンへ流れ、炭素粒子の塊を通って前面ボタンに入り、端子Eから出力されます。音声が送話口に向けられると、音波が振動板に当たり、振動板を振動させます。すると、それに取り付けられた前面ボタンも振動し、炭素粒子にかかる圧力が常に変化します。圧力が変化するたびに抵抗が即座に変化し、結果として流れる電流量も変化します。

図149は、壁掛け用の電話機の完成品を示しています。受話器、電話送信機、ベル、フック、プッシュボタンで構成されています。ベルは平らなベースボードに取り付けられています。送信機は先ほど説明したものと似ていますが、箱型のキャビネットの前面に組み込まれています。このキャビネットの右下隅にはプッシュボタンが取り付けられています。図の左上には、適切なプッシュボタンの簡単な作り方が示されています。プッシュボタンは2本の小さな真鍮片で構成されており、キャビネットの側面から突き出ている小さな木製のプラグを押すと、2本の片が接触して電気接続が確立されます。

「フック」は真鍮の細片で、片端に丸頭の真鍮製木ネジが軸受け​​されており、小さなバネが付いています。そのため、受話器をフックから外すと、受話器は跳ね上がり、図のCで示すネジに接触します。受話器がフックに掛けられている間は、受話器の重さでフックがネジDに引き寄せられます。フックは電話機のベースボードに取り付けられており、キャビネット側面に切られたスロットから突き出ています。

ベースボードの下部には4つのバインディングポストが取り付けられています。「B」と「B」とマークされた2つはバッテリー用です。

図149.—完全な電話機。
図149.—完全な電話機器。単純な電話システムを構築するには、このような機器が2つ必要です。
Lとマークされているものは「ライン」を表し、Gは接地接続または戻り線を表します。

図150.—図149に示した電話機の接続図。
図150.—図149に示した電話機の接続図。
接続図を図150に示します。相手局の電話機からの回線線は、 Lと記された端子から入り、フックに接続されます。フックの下側の接点はベルの一方の端子に接続されます。ベルのもう一方の端子は、Gと記された端子に接続されます。G はアース、または2本の回線線が使用されている場合は2本目の回線線に接続されます。

ポストGとポストBの 1 つが接続されています。Bとマークされたもう 1 つのポストは、送信機の 1 つの端子に接続されます。送信機のもう 1 つの端子は受話器に接続されます。受話器のもう 1 つのポストは、Cとマークされたフックの上部の接点につながっています。押しボタンは送信機と受信機の端子間に直接接続されているため、ボタンを押すと送信機と受信機が短絡します。受信機がフックにかかっていて、受信機が下がってDに接触している場合、回線上の電流はベルを通過し、地面または戻り線を通って他のステーションに流れ、回路が完成します。電流が十分に強い場合は、ベッドが鳴ります。受信機がフックから持ち上げられると、バネによってフックが上昇し、Cとマークされたネジに接触します。これで受信機、送信機、およびバッテリーが回線に接続され、通話が可能になります。一方、回線の反対側にある機器のベルを鳴らしたい場合は、プッシュボタンを押すだけで済みます。これにより、受信機と送信機が短絡し、ベルが鳴ります。受信機が起動している間は、バッテリー電流が回線に常に流れていますが、送信機と受信機は電流に対して非常に大きな抵抗を示すため、プッシュボタンで短絡させて抵抗を遮断しない限り、ベルを鳴らすのに十分な電流を流すことができません。

回線の両端の機器は、同様のものでなければなりません。機器を接続する際には、回線の両端の電池が直列に接続され、互いに逆接続にならないように注意してください。回線の片側は電線であっても、リターン側は接地されている場合があります。これは、電信機器の章で既に説明したとおりです。

「デスク スタンド」タイプの送信機は、図 151 に示す方式に従って作成できます。これは、垂直の支柱に取り付けられた送信機と、デスクやテーブルの上に立てられるベースを備えた単純な構成です。

図151.—卓上スタンド型の電話機。
図151.—卓上スタンド型の電話機。
フックとプッシュボタンも備えているため、ベルと電池を除けば完全な電話機として機能します。電池とベルは別の場所に設置し、フレキシブルワイヤーまたは「電気コード」で卓上スタンドに接続することもできます。

図152は、電話誘導コイルと呼ばれるものです。誘導コイルは、長距離で通信する必要がある場合に電話システムで使用されます。このようなシステムはより複雑で、接続にはかなりの注意が必要ですが、先ほど説明したシステムよりもはるかに優れています。

図152.—電話誘導コイル。
図152.—電話誘導コイル。
誘導コイルは、約1インチ四方、厚さ1/4インチのファイバーまたは硬材製のヘッド2つで構成され、長さ約2.5インチの細い鉄線の束で構成された鉄心の両端に取り付けられています。鉄心の直径は約1/5インチです。

コアは紙で覆われ、その上にNo. 22 B. & S.単綿被覆線を3層巻きます。この3層の線が一次巻線を形成します。一次巻線はさらに紙で覆われ、その上に二次巻線が巻き付けられます。二次巻線はNo. 36 B. & S.単絹被覆磁気線を12層巻きます。二次巻線の各層の間には紙を挟み、各層にシェラックを塗布することをお勧めします。コイルの2つの二次端子はファイバーヘッドの穴から引き出され、一次端子とは分離されています。

図153.—各ステーションに誘導コイルを使用する電話システムの接続図。
図153.—各ステーションに誘導コイルを使用する電話システムの接続図。
各ステーションに誘導コイルを使用する電話システムの配線図を図 153 に示します。誘導コイル システムを使用する回線で送信される音声は、このような装置を使用しない回線で送信される音声よりもはるかに明瞭で、理解しやすくなります。

電話機の製造や接続においては、細心の注意と正確さが成功への大きな鍵となります。電話技術には、非常に繊細で繊細な振動を伴う機械的・電気的動作が伴うため、このような機器は細心の注意を払って製造されなければなりません。

[ 2 ]
送信機は実際には人間の声の音を受信するために特別に作られたマイクであり、同じ原理で動作します。

誘導コイル
第12章 誘導コイル
医療用コイル、あるいは正しくはショックコイルと呼ばれるものは、小型の誘導コイルに他なりません。コア、一次巻線、二次巻線、そして遮断器で構成されています。誘導コイルと磁気誘導の原理については、既に第5章で説明しました。読者の皆様は、89～91ページに戻って再度お読みいただくことをお勧めします。

人体には相当の抵抗があり、特別な状況でない限り、通常の電池 1 個または 2 個の電圧では、その抵抗を克服して、身体に感じられるほどの電流を流すのに十分ではありません。

ショックを発生させるのに十分な高さまでバッテリーの電圧を上げるのに使用できる最も簡単な手段は、医療用コイルです。

このようなコイルを作る最初のステップは、内側の直径が5/16インチ（約1.5cm）、長さが2.5インチ（約6.3cm）の紙管を巻くことです。紙の外側の端は、巻き戻らないように丁寧に接着します。管の中には、2枚の板の間に挟んでまっすぐにした長さ2.5インチ（約6.3cm）の鉄線を詰めます。鉄線のサイズは、B&Sゲージの20番から24番まで様々です。管がきつく締まり、それ以上入らないように十分な量を差し込みます。

繊維または目の細かい堅い木材から1×1×5-16インチの正方形のブロックを切り出し、中心に直径3/8インチの穴を開けます。芯材を含んだ筒の片方の端に接着剤を塗り、ブロックに差し込みます。筒の端は約1/16インチ突き出すようにします。反対側の端には、直径3/4インチ、厚さ1/4インチ、中心に3/8インチの穴を開けた円形のブロックを接着します。

図154.—医療用コイルのさまざまな部品の詳細。
図154.—医療用コイルのさまざまな部品の詳細。
接着剤が乾燥したら、図 154 に示すようなおおよその位置に、四角いヘッドに 4 つの小さな穴を開けます。4 層の No. 22 B. & S. ゲージの磁気ワイヤ (絹または綿、二重または単一被覆) をコアに滑らかに注意深く巻き付けます。端子は穴aとbから出します。一次線は 2 層または 3 層の紙で覆い、次にコイル全体の直径が約 16 分の 1 インチになるように十分な量の二次線を巻き付けます。二次線は一次線よりもずっと細くする必要があります。No. 32 から No. 36 B. & S. ゲージのどのサイズでも使用でき、良好な結果が得られます。絶縁体は単一の絹または単一の綿のいずれかです。

図155.—医療用コイル用遮断器の詳細。
図155.—医療用コイル用遮断器の詳細。
二次端子は穴c とdから引き出されています。これらのリード線は簡単に切れてしまうため、太いワイヤーで補強するのが賢明でしょう。

遮断器はシンプルな構成で、様々な方法で作ることができます。図は、医療用コイルに精通した実験者であれば誰でも改良できる構成を示しています。ここでは最もシンプルな構成を示しましたが、読者の皆様は誰でも簡単に作ることができ、改良したい方も自由に行うことができます。

銀の小片をスプリングと接点に半田付けすると、より良い結果が得られます。銀は、10 セント硬貨を切って簡単に確保できます。一次側の一方の端子は遮断スプリングに接続され、もう一方の端子は接続端子に接続されます。接点も接続端子に接続されます。2 つの接続端子にバッテリーを接続すると、電流は一方の端子からコイルを通って遮断スプリングに流れ、スプリングを通って接点に流れ、そこからバッテリーに戻って完全な回路を形成します。しかし、電流が流れるとすぐに磁力が発生し、スプリングが接点から引き離されて回路が切断され、磁力がなくなります。スプリングは接点に戻りますが、すぐに再び前方に引き寄せられ、この動作を高速で連続的に繰り返します。

図156.—完成した医療用コイル。
図156.—完成した医療用コイル。
二次端子は2つの接続端子に引き出され、これらの接続端子にはフレキシブルワイヤを介して2つの電極またはハンドルが接続されています。電極は、通常の平らな金属板2枚、またはチューブ1本で作ることができます。後者の場合、ワイヤはコルクで固定して接続できます。バッテリーが一次端子に接続され、遮断器が作動している状態でハンドルを握ると、強力なショックを感じます。コイルに内径約7/8インチ、長さ2インチの鉄管を取り付け、コイルに差し込むことで、ショックをほとんど感じられないほど弱い電流から非常に強い電流まで調整できます。管が完全に接続されているときはショックは非常に弱く、完全にオフになっているときはショックは非常に強くなります。もちろん、この2つの極端な値の間の段階で、中間の強さを確保することもできます。

医療用コイルからの電流は、リウマチや神経疾患の治療に医師から処方されることが多いですが、適切に適用する必要があります。先ほど説明したコイルは無害です。強いショックを与えますが、受けた人はハンドルを落としてしまい、二度と試したくなくなるだけです。

スパークコイル
「スパークコイル」は、実験者が所有できる最も興味深い装置の一つです。これを用いて実行できる実験は多種多様です。

「スパークコイル」の目的は、通常の低電圧電流では到底貫通できない空間に火花を飛ばすことができる極めて高い電圧を発生させることです。このスパークコイルは、医療用コイルやショックコイルとして使用される小型の誘導コイルと原理は同じですが、より大型で、遮断器の端子間に接続されたコンデンサを備えています。

図157.—誘導コイルの主要部品を示す図。
図157.—誘導コイルの主要部品を示す図。
送電線は、中心の鉄心と、その周囲を囲む「一次側」と呼ばれる太い電線のコイル、そして外側に「二次側」と呼ばれる電線の巻線で構成されています。一次側は、遮断器と直列に接続された複数の電池セルに接続されています。遮断器は回路の開閉、つまり電流のオン/オフを繰り返します。

電流が「生成」または「遮断」されるたびに、二次側に高電圧が誘導されます。遮断器の端子間に接続されたコンデンサーによって、「生成」時には電流が増加するのに必要な時間がかなり長くなりますが、「遮断」時には瞬時に停止します。遮断時に二次側に誘導される電流は非常に強力で、鮮やかな火花の奔流となって空間を駆け巡ります。

スパークコイルの構築
おそらく他のどの装置よりも、スパークコイルの製作に多くの研究者が試みているが、その結果は概して芳しくない。スパークコイルの製作は難しくはないが、慎重な作業と忍耐が求められる。一日で完成する仕事ではなく、製作には惜しみない時間を費やす必要がある。忍耐と注意を払えば、普通の機械技能を持つ人なら誰でも容易に満足のいく結果が得られる。

スパークコイルの部品は多くの電気店で販売されており、そのような機械加工された部品のセットは、個別の材料を購入する通常の費用よりも安く購入できます。

以下のテキストで説明されているものよりも大きなコイルを作りたい人のために、他の 2 つのサイズの寸法を示す表があります。

図158.—空の紙管と、一次側に巻く準備として芯線を充填した管。
図158.—空の紙管と、一次側に巻く準備として芯線を充填した管。
芯線は、B&S ゲージ 20 番または 22 番程度の非常に柔らかい鉄線でできており、正確な長さに切断されています。各ピースの長さは 6 インチにする必要があります。鉄線は、電気製品店で、既に様々な長さに切断された状態で、1 ポンドあたり 20 セントで購入できます。各ピースを適切な長さに慎重に切断し、きちんとした束になるようにまっすぐにするには、かなりの労力がかかるため、既に切断済みの鉄線を購入する方が安価です。このような鉄線は焼きなまし処理、つまり、赤熱させてからゆっくりと冷却することで柔らかくなっています。鉄線を配管工店や金物店で購入する場合は、使用する前に焼きなまし処理する必要があります。焼きなまし処理は、鉄線をコンパクトに束ね、赤熱する薪の火の中に置くことで行われます。この段階に達したら、鉄線を灰で覆い、火を消し止めます。

図159.—一次側に巻線を巻き、ワイヤの端を固定するさまざまな手順を示します。
図159.—一次側に巻線を巻き、ワイヤの端を固定するさまざまな手順を示します。
丈夫な包装紙を長さ15cm、幅約13cmの細長い紙に切ります。直径1.5cmの棒か金属棒に巻き付け、長さ15cm、直径1.5cmの筒を作ります。筒がほどけないように、包装紙の内側と外側の端を糊で留め、棒から外します。

図160.—完成した一次巻線とコア。
図160.—完成した一次巻線とコア。
チューブに 6 インチのワイヤーを、きつく詰まってそれ以上入れられなくなるまで詰めます。

一次側は、B. & S. ゲージの 18 番綿被覆ワイヤを 5 インチの長さで 2 層に巻いたものです。1 本の一次側に対して 0.5 ポンドのワイヤは十分すぎるほどです。ワイヤは非常に滑らかに、かつ注意深く巻き付ける必要があります。内側の端が緩まないように固定するために、短いテープをコアの縦方向に置き、その上に 2 回または 3 回巻き付けます。次に端を折り返して巻き付けを完了します。最初の層が終わったら、シェラックを塗布し、2 番目の層を巻き付けます。ワイヤの端にテープを巻き付け、最後の数巻きの下に埋め込まれたテープのループに滑り込ませて固定します。これがどのように行われるかは、図でより明確に説明されています。2 番目の層にシェラックを塗布し、乾燥させます。乾燥したら、パラフィンに浸した紙を 15 層ほど重ねて一次側に巻き付けます。この作業は、紙がしっかりと貼れるように、パラフィンが柔らかい状態を保てる暖かい場所、火の上、またはランプの灯った場所で実行する必要があります。

図 161.—二次側の準備として、一次側を紙の絶縁層で覆った状態。
図 161.—二次側の準備として、一次側を紙の絶縁層で覆った状態。
コイルはこれで二次巻線を接続できる状態になりました。前述のコアと一次巻線は、長さ1/2インチから3/4インチの火花を発生する二次巻線に適しています。

二次巻線は、非常に細いワイヤを数千回巻いたもので、各層の間に紙を挟んで滑らかで均一な層に巻かれています。

必要な電線のサイズと量は以下の表をご覧ください。さらに、約900gのパラフィンと、リネン紙またはタイプライター用紙1枚が必要です。電線はエナメル、綿、または絹のいずれかの絶縁体を使用できます。絹で被覆された単線電線が推奨されます。

コイルのサイズ

ワイヤーのサイズ

額

1/2インチ

36 B. & S.

10オンス

1インチ

34 B. & S.

1ポンド

1/2インチ

34 B. & S.

2ポンド

コイルを二次側に巻き付けるために支え、回転させる方法は、若い実験者の創意工夫にある程度委ねられるかもしれません。しかし、以下の提案は、経験上、試してみる価値があることが証明されており、誘導コイルの製作以外にも応用できます。多くの少年は、何らかの理由で、自分の仕事に役立つことに時間と労力を費やしたがらない性質のようです。彼らは常に急いでいて、何かを完成させることに躍起になっているため、他の作業を実際に楽にし、成功を確実にするのに大いに役立つ小さな装置を作ることに時間を費やすよりも、その目的のために全力を尽くしてしまうのです。

私はこれまで何度も誘導コイルの作り方を指導し、特に二次側の巻き方に重点を置いたのですが、生徒たちはコイルを早く完成させようと躍起になり、その指示を無視されてしまいました。そして、その度にコイルは失敗に終わりました。

図162.—二次側を巻き取るための簡単な巻き取り装置。
図162.—二次側を巻き取るための簡単な巻き取り装置。
図は簡素な巻上げ機を示しています。二次コイルの巻き上げ作業は非常に時間がかかりますが、一方で、この装置を用いることで非常に正確かつ丁寧な巻き上げが可能です。部品はすべて木材で作ることができます。

チャックはコアの両端にぴったりとフィットし、ハンドルを回すとコイルも回転します。スプリングはチャックをコイルの両端にしっかりと固定し、滑り落ちないようにします。

コイルを巻くには、0.5ポンドから5/8ポンドの電線が必要です。薄いパラフィン紙またはワックス紙を5インチ幅に多数切ります。電線の内側の端子、つまり「始端」は、左端近くの絶縁管に巻き付けます。電線スプールは、電線に負担がかからず自由に回転する位置に配置する必要があります。36番線は非常に細く、折れやすいので、この事故を防ぐために細心の注意を払ってください。

図163.—完成した二次巻線。
図163.—完成した二次巻線。
滑らかで均一な層になるように電線を巻き付けます。それぞれの巻き線が互いに触れ合うようにし、重ならないようにしてください。絶縁管の端から1.5cm以内まで巻き付け、ワックスペーパーを2層に巻き付けます。

次の層をしっかりと固定するため、紙は滑らかに均一に貼らなければなりません。針金は紙で巻き付け、次の層が端から1.5センチのところから始まるようにします。次に、2層目を慎重に巻き付け、端から1.5センチのところで止めます。さらに紙を2層重ね、この工程を繰り返し、指定された量の針金がなくなるまで、紙と針金を交互に巻き付けます。針金の層には、シェラックを塗布することもあります。シェラックは優れた絶縁体であり、層をしっかりと固定し、針金が緩むのを防ぎます。

コイルを巻く際は、少しでも不均一な巻き方をすると、次の層でその不均一さが顕著に表れてしまうことを覚えておいてください。そのため、不均一な巻き方をさせないようにしてください。コイルの巻き方が不均一になりやすい場合は、下に厚手の紙をもう一枚巻いて滑らかな下地を作ると、問題は解決します。

図164.—遮断器部品
図164.—遮断器部品
コイル用の効率的なバイブレーターは簡単には作れません。プラチナポイントが既に取り付けられているものを購入するのが最善です。コイルの動作を正常に行うには、遮断器が非常に重要な役割を果たします。その配置と構造は非常に重要です。図に示すように、自動車に使用されている遮断器が最適です。

コンデンサーは自作可能です。アルミ箔とパラフィン紙を交互に重ねて図のように構成します。以下の表は、3種類のコイルに適したコンデンサーのサイズを示しています。

スパークコイルのサイズ

アルミホイル

枚数

シートのサイズ

1/2インチ

50

2×2

1インチ

100

7×5

1 1/2インチ

100

8×6

十分な余白を残すため、紙は周囲全体で約1.5インチ（約2.5cm）ほど大きくする必要があります。交互に重ねたアルミ箔、つまり片側と反対側のアルミ箔は、繋ぎ合わせます。

コンデンサーは遮断器の端子間に直接接続されます。

図165.—コンデンサー。
図165.—コンデンサー。
コイルの取り付け方法は様々ですが、最も一般的なのは、コイルを箱の中に入れ、片側に遮断器を設置する方法です。しかし、おそらく最もすっきりとシンプルな方法の一つは、図に示すように取り付けることです。

エンドピースは木材から切り出されます。コイルの直径は、巻く人や巻き具合によって多少異なるため、具体的な寸法は示せません。コイルは、厚紙を巻いて作った筒に収められており、その筒はシェラックでコーティングされています。見た目を良くするために、黒い布で覆われることもあります。

図166.—完成したコイル。
図166.—完成したコイル。
振動子は端に取り付けられています。コアは、振動子のバネの先端近くの木材に開けられた穴から突き出ており、電流が流れるとバネはコアの磁力によって引き寄せられます。コンデンサーは、コイルのベースとなる中空の箱の中に配置できます。

コイルの二次端子は、2 つのコイル端をつなぐ小さな木片に取り付けられています。

一次巻線の一方の端子はベースに取り付けられたバインディングポストに接続され、もう一方の端子は振動子のスプリングに接続されます。振動子のヨークはベース上の2番目のバインディングポストに接続されます。コンデンサーの一方の端子はスプリングに接続され、もう一方の端子はヨークに接続されます。

ここで示されている手順に従って組み立てれば、乾電池4個でコイルを動作させ、1.5インチ（約2.5cm）の良好な火花を発生させるのに十分です。バイブレーターまたはインターラプターの調整が必要になりますが、調整ネジの位置はコイルが最適に機能する位置がすぐに見つかるでしょう。

スパークコイルを使った実験
電気の手。スパークコイルを使えば、驚くほど興味深い実験を数多く行うことができます。

次の実験は、友人たちを必ず楽しませてくれますが、その操作の秘密を知らない普通の人にとっては、不思議で奇妙なものになります。

図167は装置の配置を示しています。一般的な1インチの火花誘導コイルの一次側は、12ボルトの電池と電話送信機に直列に接続されています。回路には小さなスイッチが組み込まれており、装置をすぐに使用しないときに電流を遮断して電池の無駄な消耗を防ぎます。誘導コイルの二次側端子は絶縁電線で隣の部屋まで引き出され、そこでハサミなどの手に握れる小さな金属物に接続されます。

乾いた靴かゴム底のスリッパを履いた二人が、それぞれ片手で一本の電線の端子を握ります。もう片方の手を三人目の人の耳に平らに当て、乾いた麻の紙を両手と頭の間に挟みます。誘導コイルのある部屋にいる四人目の人が小さなスイッチを入れ、電話の送話器に向かって話すと、両手を耳に当てられている人は、その会話を非常に明瞭に聞き取ることができます。送話器の送話口に当てた時計のチクタクという音も、驚くほど明瞭に聞こえます。

図167.—「電動ハンド」実験装置の接続方法を示す図。
図167.—「電動ハンド」実験装置の接続方法を示す図。
この装置の動作原理は非常に単純です。ほとんどの実験者は、パラフィン紙とアルミ箔を交互に重ねた一般的な電気コンデンサーをよく知っています。このコンデンサーに、紙の誘電体を貫通するほどではない高電位の電源を接続すると、交互に重ねられたアルミ箔は互いに逆電荷を帯び、互いに引き合います。その後、回路が遮断されると、アルミ箔は電荷を失い、互いに引き合う力も失われます。アルミ箔と紙がしっかりと押し付けられていない場合、アルミ箔と紙はわずかに動き、その周波数は充電電流の変動に対応します。

第三者の頭と、その頭に当てられた手は、2枚の紙で隔てられた3枚のアルミ箔からなるコンデンサーのような働きをする。送信機で話された言葉は電流を変動させ、誘導コイルは電流の電位を十分に上昇させてコンデンサーを充電し、紙の誘電体をわずかに振動させる。振動の強さと速度は音声の強さと速度に対応するため、送信機で話された言葉は、紙を耳に当てられた人に聞こえる。

装置を正常に動作させるには、装置全体を可能な限り乾燥した状態に保たなければなりません。配線を持つ人は、カーペットを敷いた床の上に立ってください。調整ネジを締め、コイルの遮断装置をブロックするよう、常に細心の注意を払ってください。そうしないと、絶対に作動しなくなります。そうしないと、聞いている人は「幻聴」ではなく、かなり痛ましい悪ふざけの被害者になってしまうでしょう。

ガイスラー管
ガイスラー管をコイルで点火すると、最も美しく驚くべき効果が得られます。この管は、蛍光鉱物と塩を含んだ特殊ガラスを複雑で多様なパターンで製作し、さまざまな希薄ガスで満たされています。先端の小さなリングにワイヤーを取り付け、スパークコイルの二次側に管を接続してコイルを作動させると、想像を絶するほど素晴らしい光が放たれます。ガラス内の希薄ガスと鉱物が美しい虹色を放ち、暗い部屋を奇妙な揺らめく光で照らします。通常、すべての管は異なるパターンで、さまざまな色の組み合わせになっています。最も美しい管は、蛍光液体を含む二重壁を備えたもので、管を点灯すると色の効果が高まります。

図168.—ガイスラー管。
図168.—ガイスラー管。
通常のコイルでは、8 本から 10 本のチューブを直列に接続することで、一度に点灯することができます。

ゴーストライト
コイルが作動しているときに古い白熱電球の電球を片手で握り、ベースを二次側の片側に触れると、電球は暗闇の中で奇妙な緑色の光を発します。

紙に穴を開ける
スパークコイルの二次側に接続された 2 本の鋭い電線の間に厚手の紙またはボール紙を置き、コイルを動かし始めると、紙に穴が開きます。

悪ふざけ
このコイルの作用は、面白いジョークのネタになるかもしれません。タバコを吸う友人に、次のように準備した巻紙を差し出してみましょう。

図 169.—電球は独特の緑がかった光を発します。
図 169.—電球は独特の緑がかった光を発します。
二次コイルの片側に接続された金属板の上に、数枚の紙を置きます。感電しないように絶縁ハンドルを使って、もう一方のワイヤーを巻紙の表面全体に動かします。巻紙にはほとんど見えないほど小さな穴が無数に開けられます。

もしあなたの友人が紙を使ってタバコを吸って火をつけようとしたら、紙に開いた目に見えない小さな穴のせいで吸い込みが悪くなり、一服もできずにマッチ箱を無駄にしてしまうでしょう。もしかしたら、彼は完全に禁煙するかもしれません。

電気ゴミ箱
図170.—電気を流したゴミ箱。
図170.—電気を流したゴミ箱。
近所に灰皿やゴミ箱から物を盗み出す癖のある犬がいる場合は、ゴミ箱を乾いた木片の上に置きます。コイルの二次端子の片方からゴミ箱まで、絶縁電線を配線します。もう一方の二次端子はアースに繋ぎます。犬がゴミ箱に鼻を突っ込んでいるのを見たら、キーを押してコイルを作動させてください。犬に危害を加えることはありませんが、犬は人生最大の驚きを味わうでしょう。犬はできる限り速く家に帰り、たとえそのゴミ箱に犬にとって最高のごちそうが入っていたとしても、二度とそのゴミ箱には触れないでしょう。

放電の撮影
次の実験は、ルビー写真ランプを使用して暗室で実行する必要があります。そうしないと、使用するプレートが光に当たって損傷してしまいます。

図171.—ヤコブのはしご。
図171.—ヤコブのはしご。
通常の写真乾板を、コーティング面を上にして金属板の上に置きます。スパークコイルの二次側端子の1つを金属板に接続します。

次に、乾燥したデンプン粉、硫黄、または滑石を薄いガーゼに通し、プレートの上に薄く垂らします。コイルのもう一方の二次側端子から先の尖ったワイヤーをプレートの中央まで伸ばし、火花が1つ出る程度の長さだけキーを押します。

プレートの粉を拭き取り、フィルムやプレートの通常の現像方法で現像します。ご自身で現像できない場合は、プレートを箱に戻し、友人や写真家に送ってください。

その結果、海藻のような外観を持つ、特異な放電現象を示すネガが生まれます。このような写真には2枚として同じものはなく、この方法によって想像し得る限りの多様な新しいデザインなどを生み出すことができます。

ジェイコブの梯子
約20cmの長さの裸銅線を2本取り、直角に曲げます。図171のように、スパークコイルの二次端子に挿入します。垂直部分の間隔が、下側で約0.5cm、上側で約1cmになるように曲げます。コイルに通電すると、火花が下から上へと導線を伝わり、はしごの段のように見えます。

X線
若い実験者の多くは、小型の X 線管の所有者にどれほど素晴らしく興味深い分野が開かれているかに気づいていません。

1.5インチのスパークコイルで問題なく動作する小型X線管は、いくつかの電気店で入手できます。通常、価格は約4.5ドルです。このようなX線管と透視装置があれば 、人間の手の骨や閉じた財布の中身などを観察できます。

管はガラス製で、非常に高い真空状態にあります。管の長い端には、陰極と呼ばれる白金電極が取り付けられています。短い端には、陽極と呼ばれる2つの電極が取り付けられており、1つは管に対して垂直、もう1つは対角線上にあります。

管球は通常、X線管球スタンドと呼ばれる木製のホルダーに固定されます。対角陽極から反射されたX線が図174の点線で示す方向に放射されるように管球を調整する必要があります。

透視装置とは、白金バリウムシアン化物と呼ばれる化学物質の結晶で覆われた紙でできたスクリーンが取り付けられた円錐形の木箱です。

図172.—X線管
図172.—X線管
箱の反対側の端にはフェルトやベルベットのカバーが付いており、透視装置をのぞき込み顔にしっかりと当てているときに目と鼻の周りの光を遮断します。

透視装置は完成した状態で購入することもできますし、プラチナ・バリウム・シアン化物スクリーンを別途購入して、図 173 に示すように箱に取り付けることもできます。

管の2つの陽極を接続し、少なくとも1.5インチの長さの火花を発生できるスパークコイルの一方の端子に接続します。別の電線を管の陰極からコイルのもう一方の端子に接続します。

図173.—蛍光透視装置。
図173.—蛍光透視装置。
手などの物体を検査したい場合は、透視鏡のスクリーンに近づけ、スクリーンとX線管の間、つまりX線が通る位置に置きます。X線は、対角陽極に対して45度の角度でX線管から放射されます。

透視装置を覗くと、緑色の光が充満しているはずです。そうでない場合は、コイルの一次側に接続された電池の端子を逆にして、電流を逆方向に流す必要があります。

X線はスクリーン上の化学物質を発光させ、特異な緑色の光を発します。手をスクリーンに近づけ、スクリーンとX線管の間にかざすと、X線は手を透過し、スクリーンに影を落とします。X線は肉のように骨を透過しにくいため、スクリーンには手の骨の影が映し出されます。よく見ると、様々な関節などが確認できます。光があまりちらつかないように、コイルの遮断器を慎重に調整する必要があります。

図174.—X線管をスパークコイルに接続する方法。
図174.—X線管をスパークコイルに接続する方法。
レントゲン写真を撮りたい場合は透視装置は必要ありません。

X線が下を向くようにチューブを回転させます。

他のすべての準備が整うまでチューブが動作しないように、バッテリー電流をオフにします。

通常のプレートホルダーに入れた通常の写真プレートを、プレートのゼラチン面を上にしてチューブの真下に置きます。

プレートの上に手を平らに置き、チューブを手から約7.5cmほど下げます。次にコイルを始動し、チューブが点灯するまで待ちます。手を離さずに約15分間通電します。その後、電流を止め、暗室でプレートを現像します。

この方法で、手の非常に鮮明なX線写真を撮ることができます。ネズミの骨格、板に刺さった釘、財布の中の硬貨、木片に刺さった弾丸など、他にも興味深い写真が撮れるものがあります。

図 174 に示す衣装を着た状態で撮影した手の X 線写真。
図 174 に示す服を着用した手の X 線写真。矢印は、中指の関節付近の小指の骨の損傷を示しており、その結果、関節が硬直しています。
トランスフォーマー
第13章 変圧器

照明や動力用の電気が長距離送電されているほとんどの町や都市では、小さな鉄の箱が電柱に頻繁に固定されているのが目に付くでしょう。たいていは、電力供給を受けている家や建物が集まっている場所に固定されています。多くの子供たちは、箱の中に「変圧器」が入っていることは知っていますが、その用途や構造を正確に理解しているわけではありません。

照明や電力を生成する目的で電気エネルギーを遠くまで送電する場合、直面する主要な課題の一つは、伝送中に発生するエネルギーの無駄や損失をいかに最小限に抑えるかということです。さらに、太い電線やケーブルは非常に高価なため、可能な限り細く、かつ過度の損失なく電流を伝送できることが望ましいのです。

電線は電流に対して抵抗を持ち、この抵抗のために電線を通過する際にエネルギーの一部が失われることは既に説明しました。細い電線は太い電線よりも抵抗が大きく、送電線コストを節約するために細い電線を使用する場合、エネルギー損失は大きくなり、この欠点を部分的に軽減または克服する何らかの方法が必要になります。

問題がどのように解決されるかを明確に説明するために、電流をパイプを流れる水の流れに例えてみましょう。

図175.—電流と水の流れの比較。
図175.—電流と水の流れの比較。
図には、小さいパイプと大きいパイプの2本のパイプが描かれています。どちらも同じタンクに接続されており、それぞれの圧力は等しく、大きいパイプから小さいパイプよりも多くの水が流れ出ることが明白です。大きいパイプから1分間に10ガロンの水が流れ出ている場合、パイプのサイズを比較すると、同じ時間で小さいパイプからは1ガロンの水しか流れ出ない可能性があります。

しかし、 Bのような小さなパイプから 1 分間に 10 ガロンの水を出すことが必要または望ましい場合、それを実現するにはどうすればよいでしょうか。

圧力を上げることで、水は細いパイプの抵抗をよりうまく克服できるようになります。

これはまさに、電力や照明のための電流配電で行われていることです。圧力または電位は、細い電線の抵抗を克服できる値まで高められます。

しかし残念ながら、高圧の電力を通常の用途に利用できることは稀です。例えば、白熱電球に必要な最大電圧は通常110ボルトですが、発電所から供給される送電線の電圧は通常2,200ボルト以上です。

このような高電圧は絶縁が難しく、電線に接触したほとんどの人が死亡する可能性があり、危険です。

したがって、電流が家屋に入る前に、この高圧を安全に使用できる値まで下げることができる何らかの装置が必要です。

これは、街中の電柱の上部に固定された黒い鉄の箱の中に収められた「変圧器」の役割を果たします。

変圧器を定義するとすれば、交流回路の電圧と電流の圧力と量を変化させる装置と言えるでしょう 。

「交流」という語がイタリック体で示されているのは、変圧器が効果的に機能するのは交流電流の場合のみであるためです。また、直流ではなく交流電流が供給される場合があるのも、このためです。交流電流により、変圧器を用いて供給地点の電圧を下げることが可能となります。

直流でしか動かない電気玩具や電気器具を持っている多くの少年たちは、町の照明システムが交流電源を供給していることを嘆いてきました。小さな都市や町では、一つの発電所が複数の地域に電力を供給しており、その電力をかなりの距離送電しなければならないことがよくあります。そのような場合、交流電源が使われるのが一般的です。

図176.—照明と電力のための交流システム。
図176.—照明と電力のための交流システム。
図は、このようなシステムの一般的な構成方法を示しています。発電所に設置された大型の発電機が交流電流を発生させます。この交流電流は「昇圧」変圧器に送られ、約2,200ボルトに昇圧されます。これにより、通常の発電機電圧で送電する場合よりも、はるかに細い送電線を使用し、損失を最小限に抑えてエネルギーを伝送することが可能になります。電流はこの高電圧で電線上を流れますが、住宅やその他の建物との接続が確立されている場合、住宅に電力を供給する「サービス」線は送電線に直接接続されるのではなく、「降圧」変圧器を介して住宅に流入する電流の電位を約110ボルトに下げます。

特定の地域における電流需要が小さな町よりもはるかに大きい大都市では、エネルギーを分配する多少異なる方法が採用されます。

図177.—交流を直流に変換するためのモーター発電機セット。
図177.—交流を直流に変換するためのモーター発電機セット。
「中央」発電所の巨大な発電機で発電された交流電流は、変圧器群に送られ、場合によっては5000ボルトから6000ボルトまで電圧が上昇します。その後、電流はケーブルまたは「フィーダー」を経由して、市内各地にある様々な「サブ」発電所、あるいは「コンバータ」ステーションへと送り出されます。ここで電流はまず、降圧変圧器群を通過し、発電機で発電された電圧とほぼ同値まで下げられます。次に「ロータリーコンバータ」に送られ、交流電流が直流電流に変換された後、地下ケーブルを通じて近隣の需要家へと直接送られます。

最も単純な形の変圧器は、鉄のリングに巻かれた2つの独立したコイルで構成されています。一方のコイル（一次コイル）に交流電流を流すと、磁界が発生し、もう一方のコイル（二次コイル）に電流が誘導されます。

二次側の電流の電位または電圧は、一次側に流れる電流の電位に対して、二次側の巻数と一次側の巻数との比率とほぼ同じです。

図178.—昇圧トランス
図178.—昇圧トランス
これを知っていれば、必要に応じて電位を「ステップアップ」または「ステップダウン」する変圧器を簡単に配置できます。図178の変圧器は、一次側に10回、二次側に20回巻かれた「ステップアップ」変圧器を表しています。10ボルト、2アンペアの交流電流を一次側に流すと、二次側の巻線は一次側の2倍の巻数を持つため、電位は2倍になり、二次側に流れる電流は約20ボルト、1アンペアになります。

この動作は非常に簡単に逆転させることができ、一次側に20回、二次側に10回巻くことで「降圧」トランスを構成できます。一次側に20ボルト、1アンペアの電流を流した場合、二次側には半分の巻数しかないため、10ボルト、2アンペアの電流しか流れません。

2 つのコイルを巻いた鉄線の円形リングは、多くの点で構築がやや難しいため、鉄心は通常、中空の長方形の形で構築され、鉄のシートで形成されます。

図179.—降圧トランス
図179.—降圧トランス
実験目的で低電圧の交流電流を手元に用意しておくことが望ましい場合がよくあります。このような電流は、誘導コイル、モーター、ランプ、鉄道模型などの動作に使用でき、電気メッキや蓄電池の充電を除けば、多くの用途において直流電流と同等の性能を発揮します。ただし、電気メッキや蓄電池の充電には使用できない場合があります。

110ボルトの照明回路から電源を引き、小型の「降圧」トランスを通すと、交流電流は安価になるだけでなく、より便利になります。二次側から10ボルト、10アンペアの電流を供給できる約100ワットのトランスは、110ボルト回路から約1アンペアしか消費しません。この電流は、一般的な16カンデラの電球2個、または32カンデラの電球1個が消費する電流とほぼ同じで、トランスを最大容量で稼働させても1時間あたり約1セントのコストで済みます。さらに、「降圧」トランスを使用することで、小さな男の子が電気玩具を操作しても感電の危険がなく、照明電流を利用できるという利点もあります。

図180.—コアの寸法。
図180.—コアの寸法。
以下のページで説明する変圧器は、工具に少しでも慣れている人なら誰でも簡単に作ることができ、指示に注意深く従い、絶縁を完璧にするために努力すれば、電気機器に価値ある追加機能をもたらすはずです。

変圧器の容量は約100ワットです。記載および図示されている寸法および構造の詳細は、110ボルトの照明電流および60サイクルの周波数で使用することを想定した変圧器のものです。ほとんどの交流システムの周波数は25、60、または120サイクルです。最も一般的な周波数は60です。25サイクルおよび120サイクル用の変圧器の寸法および詳細は、後述の表に記載されています。

照明回路の周波数は、電力を供給している会社に問い合わせることで確認できます。

図 181.—組み立てられテープで固定されたコア。
図 181.—組み立てられテープで固定されたコア。
変圧器の製作において最初に検討すべき部品は鉄心です。鉄心は、図180に示す寸法の薄い鉄板で構成されています。この鉄板は、ほとんどの金物店や配管工に「ストーブパイプ用鉄板」を注文すれば入手できます。鉄板を幅1 1/4インチ、長さ24インチの細片に切断してもらいます。次に、鋏を使って、長い細片を3インチと4 3/4インチの長さに切り分けます。これらの細片をきちんと積み重ねて圧縮すると、それぞれ高さ2 1/2インチになる量まで切ります。長い細片は鉄心の「脚」となり、短い細片は「ヨーク」となります。

図182.—変圧器の脚。
図182.—変圧器の脚。
ストリップは図180に示す図に従って組み立てます。交互の端を重ね合わせることで、4 1/4インチ×6インチの中空の長方形を形成します。コアはしっかりと押し付け、脚部は一次巻線に巻き付ける前に3～4層の絶縁テープで固定します。脚部を固定した後、ヨーク片を引き抜いても構いませんが、脚部はそのままにしておきます。

図183に示すように、2 1/2インチ四方、厚さ1/8インチのファイバーヘッドを4つ作ります。中央に1 1/4インチ×1 1/4インチの正方形の穴を開けます。これを図184に示すように、組み立てた脚のそれぞれに2つずつ取り付けます。

図183.—ファイバーヘッド。
図183.—ファイバーヘッド。
一次巻線は、20番B.&S.ゲージの単芯綿被覆マグネットワイヤを1,000ターン巻いたものです。トランスの各脚には500ターン巻かれています。ワイヤは、各層の間にシェラック紙を1枚挟み、非常に滑らかかつ均一に巻く必要があります。

2本の脚は直列に接続する必要があります。端子は、チューブ状に巻かれた絶縁テープで保護・絶縁されています。

二次巻線は、10番ゲージのB.&S.線を100回巻いたものです。一次巻線の上に、各脚に50回ずつ巻かれ、その間に数層の紙が挟まれています。

図184.—巻き上げ位置にヘッドが付いた脚。
図184.—巻き上げ位置にヘッドが付いた脚。
10ターンごとに「タップ」が取り出されます。タップは、適切な間隔で細い銅板を電線に半田付けすることで作られます。隣接するターン間で短絡が発生する危険がないように、各接合部とタップを絶縁テープで絶縁する必要があります。

巻線が完了したら、トランスの組み立て準備は完了です。コアのヨーク部分を所定の位置に差し込み、全体を慎重に位置合わせします。これでトランス本体の取り付け準備が整いました。

図 185.—銅ストリップをワイヤにはんだ付けして一次側にタップを作る方法。
図 185.—銅ストリップをワイヤにはんだ付けして一次側にタップを作る方法。
ベースボードの寸法は11 x 7 3/4 x 7/8インチです。図192に示されています。

変圧器は、長さ4 1/4インチ、幅1 1/4インチ、高さ3/4インチの2枚の木製ストリップ（AとB）の上に設置されています。これらのストリップは、ファイバーヘッドの外側にあるコアの端の下になるように、ベースに釘付けされています。

変圧器は、長さ6インチ、厚さ1/2インチ、幅3/4インチのストリップCを貫通する2本のタイロッドによってベースに固定されています。ストリップCはコアの両端に載っています。タイロッドは、両端のナットとワッシャーによってベースの下側に固定されています。ナットをしっかりと締め付けると、クロスピースが変圧器をしっかりとベースに引き寄せます。

図186.—トランスが完全に巻き上げられ、組み立ての準備が整いました。
図186.—トランスが完全に巻き上げられ、組み立ての準備が整いました。
調整スイッチは2個あり、ベースの下部に取り付けられています。接点とアームは、厚さ1/8インチの真鍮板から切り出されています。寸法は図188に明確に示されているため、構造の詳細を説明する必要はありません。

接点は穴が開けられ、皿穴があけられているので、小さな平頭木ネジでベースに固定できます。

各スイッチアームには、ハンドルとして機能する小さなゴム製のノブが付いています。アームは、スイッチポイントと全く同じ厚さの真鍮製の小片に接触します。アームが各ポイントにしっかりと接触するように、ポイントとこのワッシャーがすべて正確に一直線になっているように注意する必要があります。図190に示すように、各スイッチには5つのポイントがあります。

図187.—トランスをベースに取り付けるための木片。
図187.—トランスをベースに取り付けるための木片。
スイッチDは、各ステップで二次巻線の20回分のターンをオンまたはオフするように配置されており、第1接点は巻線の端部に接続されます。第2接点は第1タップに、第3接点は第2タップに、第4接点は第3タップに、第5接点は第4タップに接続されます。

図188.—スイッチ部品の詳細。
図188.—スイッチ部品の詳細。
スイッチEは、各ステップで5回転分カットインまたはカットアウトするように配置されています。このスイッチの接点は逆方向に番号が付けられています。スイッチDの5番目の接点とスイッチEの5番目の接点は互いに接続されています。4番目の接点は5番目のタップに、3番目の接点は6番目のタップに、2番目の接点は7番目のタップに、1番目の接点は巻線の終端に接続されています。

この配置により、機械の二次側から0.5ボルトから10ボルトまでの任意の電圧を0.5ボルト単位で供給できます。スイッチDの各ステップは2ボルトを、スイッチEの各ステップは0.5ボルトを供給します。

図189.—完全なスイッチ。
図189.—完全なスイッチ。
ベースの上隅に取り付けられた2つの端子（図ではPとPで表示）は、一次巻線の端子に接続されます。下隅の2つの端子（図ではSとSで表示）はスイッチレバーに接続され、二次電圧（低電圧）を得る端子となります。

図190.—接続図。
図190.—接続図。
変圧器は、差込プラグとコードを用いて110V交流回路に接続できます。コードの一端は、それぞれの一次側接続端子に差し込みます。コードのもう一端は、差込プラグに接続し、プラグを任意の電灯ソケットにねじ込みます。

図191.—変圧器の上面図。
図191.—変圧器の上面図。
変圧器は電源ラインに直接接続しないでください。このような機器は連続使用を想定して設計されておらず、使用後はすぐに取り外すようにしてください。

図192.—変圧器の側面図。
図192.—変圧器の側面図。
直流が必須でない場合には、説明した電気機器の多くを操作するのに非常に便利です。

無線通信
第5章 無線通信
電気科学の分野の中で、無線電信ほど実験者の想像力を掻き立てるものはおそらくないでしょう。どこへ行っても、木や家の屋根に設置されたアンテナやマストに、アマチュア無線電信局の痕跡が見られるでしょう。アメリカ合衆国には、そのような局が25万近くあると推定されています。

地球、空気、水以外の物理的なつながりを一切必要とせずに、膨大な距離を越えてメッセージを瞬時に送信することを可能にしたこの素晴らしい技術には、実際には大きな謎はありません。

水たまりに石を投げたことはありますか？石が当たるとすぐに、小さな波がその場所から広がり、徐々に大きな円を描いて岸にたどり着くか、消えていきます。

いくつかの石を、時間間隔を変えながら連続して投げることで、プールの反対側の岸に立っている2人目の人に意味を伝える一連の信号を構成することが可能です。

無線通信は、巨大なエーテルプール内で波を生成し、検出するという原理に基づいています。

現代の科学者たちは、宇宙全体がエーテルと呼ばれる「架空の」物質で満たされていると考えています。エーテルは目に見えず、無臭で、実質的に無重力です。しかし、このエーテルは、外科手術で使用される同名の麻酔薬とは全く関係がありません。

それはすべての物質とすべての空間を取り囲み、浸透します。

図193.—スポットから広がる小さな波。
図193.—スポットから広がる小さな波。
エーテルは真空中や固体の岩石中に存在します。エーテルは私たちの肉体の感覚には現れないため、これらの記述の中には矛盾しているように思えるかもしれません。エーテルの明確な存在は推論によってのみ証明できますが、その現実を受け入れ、想像することで、多くの科学的な謎を理解し、説明することが可能になります。

太陽が良い例です。光と熱は極めて速い振動で構成されていることが示せます。そして、その事実は証明可能です。太陽は地球から9000万マイル以上も離れているにもかかわらず、光と熱は空気さえ存在しない空間を通って私たちの元に流れ込んできます。これらの振動を伝達する媒体として何かが存在するはずです。それがエーテルです。

再び水たまりを考えてみましょう。石を投げ入れることで生じる波、つまりさざ波は、水の振動です。隣接する2つのさざ波の間の距離は波長と呼ばれます。

光の二つの振動間の距離も 測定可能です。しかし、その距離は非常に小さいため、 1000分の1インチ単位でしか表現できません。無線電信装置によってエーテル中に生成される波は、長さが1000分の1インチの何分の一かではなく、通常75フィートから9,000フィートの範囲で変化する点を除けば、光の波と同じです。

図194.—単純な送信機。
図194.—単純な送信機。
図194は、シンプルな送信機の仕組みを示しています。電信キーは、セルと誘導コイルの一次側（ご存知のとおり、数回巻いた単純なコイルです）に直列に接続されています。この誘導コイルは、より巻数の多い二次側コイルに高電圧を誘導します。この二次側コイルは、二次側と呼ばれます。

二次巻線の端子はスパークギャップ（磨かれた真鍮製の球2個が小さな空隙で隔てられた構造）に導かれます。一方の球は地中に埋設された金属板に接続され、もう一方の球は空中に吊り下げられた電線網に接続され、周囲の物体から絶縁されています。

送信機のキーが押されると、電池電流が誘導コイルの一次側を流れ、二次側に20,000ボルト以上の高電圧電流を発生させます。この高電圧電流は、二次側端子に火花状の空隙を飛び越えるほどの衝撃を与えます。二次側端子は、前述のようにアースとアンテナに接続されています。そのため、高電位電流によってアンテナが充電されます。アンテナ内の電荷は地面に流れ込もうとする大きな力を発揮しますが、スパークボール間の小さな空隙によってその流れが阻止されます。電荷が大きくなりすぎて空隙が破裂し、電荷が地面を横切って流れ落ちるまでは、この流れは阻止されます。電荷の通過は、2つのスパークボール間の火花によって確認できます。

アンテナを上下に流れる電荷はエーテルを乱し、いわば打撃を与えます。この打撃の効果はエーテルを振動させ、あらゆる方向に波動を送り出すことです。これは、池に石を投げ込んで突然打撃を与え、すぐに波紋が広がる円を描くのに似ています。

エーテル中のこれらの波は、発見者ヘルツにちなんで電磁波または ヘルツ波と呼ばれます。これらの波が伝わる距離は、送信局の電力に依存します。キーを押すことで、これらの波を電信コードの短点と長点に対応させることができます。何らかの方法でこれらの波を検出すれば、無線メッセージを送信できることは容易に理解できます。

受信局の動作は送信局の動作と正反対です。電波がエーテルを通過していくと、その一部は受信局のアンテナに衝突し、そこに電荷を発生させます。この電荷は地面へと伝わります。送信局と受信局が非常に近接しており、送信局の電力が非常に高い場合、受信局のアンテナに非常に小さな隙間が生じ、その隙間を電荷が火花のように飛び跳ねることがあります。このように、受信局の動作は送信局の動作と逆の順序で行われるのです。

送信所間の距離がかなり離れている場合、受信アンテナに誘導される電流が火花を発生させることは不可能なので、送信機からの電波を検出するためのより感度の高い手段、できれば聴覚でわかる手段が必要になります。

電話の受話器は非常に敏感な機器であり、ごく微弱な電流で動作し、音を出すことができます。 しかし、アンテナに発生する電流、つまり振動は高周波の交流電流（97～99ページ参照）であり、1秒間に数千回、一方向に流れた後、逆方向に流れます。このような電流を電話の受話器に流すことはできません。そのためには、電流の性質を変え、一方向にのみ流れる直流電流に変換する必要があります。

特定の鉱物や結晶には、これを行うための驚くべき能力があり、その中でもシリコン、方鉛鉱、黄鉄鉱は最も優れたものです。

図 195.—単純な受容体。
図 195.—単純な受容体。
図195は、簡単な受信装置の配置を示しています。検出器は、2つの接点の間に置かれた感応鉱物で構成され、空中電流が地面に到達する前に必ず検出器を通過するよう接続されています。電話受信機は検出器に接続され、整流された電流（直流に変換された電流）が検出器に流れ込み、音を発生させます。送信局でキーを押す周期を、事前に設定したコードに従って変化させることで、受信機から発せられる音に意味を持たせることができます。

無線機器の作り方
空中

すべての無線局には、周囲のあらゆる物体よりも高く空中に架けられた電線システムが設置されています。その目的は、局の送信または受信に応じて電磁波を放射または傍受することです。この電線システムは、既に述べたように、アンテナまたは空中線と呼ばれます。

アンテナの配置によって、装置の効率と範囲が大きく決まります。

アンテナは合理的に可能な限り長く、つまり 50 フィートから 150 フィートの長さにする必要があります。

ほとんどのアマチュア無線家は、近くに何があるかに関係なく、特定の場所にアンテナを設置する必要がありますが、可能な限り、木、煙突、電話線などの高い物体のすぐ近くにアンテナを設置しない場所を選択することが望ましいです。なぜなら、そのような物体はアンテナに干渉し、送信時と受信時の両方で局の範囲を著しく狭めるからです。

裸銅線はアンテナとして最適です。アルミ線は軽量のため、ポールや腕金への負担がほとんどありません。鉄線は、たとえ亜鉛メッキや錫メッキが施されていても、アンテナには絶対に使用しないでください。鉄線は、放送局の運用中にアンテナを上下に流れる電流を遮断する傾向があるためです。

図196.—成形された空中絶縁体
図196.—成形された空中絶縁体
アンテナは、その支持部および周囲のあらゆる物体から慎重に断熱する必要があります。断熱材は、アンテナの重量を支えるのに十分な強度を備え、嵐によるあらゆる負荷にも耐えられるものでなければなりません。

成型絶縁材で作られ、両端に鉄のリングが埋め込まれた特殊な架空絶縁体が最適です。

図 197.—磁器製のクリートは小型アンテナ用の優れた絶縁体になります。
図 197.—磁器製のクリートは小型アンテナ用の優れた絶縁体になります。
負担が軽い小型アンテナには、通常の磁器製クリートを使用することができます。

スプレッダーまたはスパーに近い各ワイヤの両端に絶縁体を 1 つずつ配置する必要があります。

ほとんどのアンテナは4本のワイヤーで構成されています。ワイヤーはできるだけ離して設置する必要があります。

アンテナにはいくつかの異なる形状がありますが、その主なものを図 199 に示します。これらはグリッド型、V 型、逆 L 型、T 型として知られています。

アマチュア無線家の多くは、家の屋根、木、あるいは庭に立てたポールでアンテナを支えています。多くの利点があるため、2本の支柱を使う人も多くいます。アンテナを支えるための設備によって、どの支柱を使うかは大きく決まります。

図198.—ワイヤを配置し、クロスアームまたはスプレッダーから絶縁する方法。
図198.—ワイヤを配置し、クロスアームまたはスプレッダーから絶縁する方法。
グリッドアンテナには特に利点も欠点もありません。

「V」アンテナは、自由端の方向とは反対方向から電波が来ると、はるかによく受信します。アンテナの「自由端」とは、放送局に繋がっていない方の端のことです。

逆「L」型アンテナは「V」型と同じ特性を持ちます。

「T」アンテナは「万能」であり、この種のアンテナを設置できる場合は常に推奨されます。

通常、各実験者は異なる条件に遭遇するため、アンテナを実際に設置する際の詳細の多くは省略する必要があります。

しかし、この事業全体の成功は、適切なアンテナの構築に大きく左右されることを忘れてはなりません。どんなに優れた機器でも、質の悪いアンテナに接続すれば、良い結果は得られません。一方、質の低い機器でも、良いアンテナに接続すれば、まずまずの結果が得られることがよくあります。

図199.—さまざまな種類のアンテナ。
図199.—さまざまな種類のアンテナ。
アンテナは少なくとも 30 フィートの高さが必要です。

ワイヤーはNo.14 B. & Sより小さくしないでください。

アンテナを支えるマストは木製で、滑車を備え、必要に応じてワイヤーを降ろせるようにする必要があります。マストは、アンテナの張力に対抗するため、ステーや支柱でしっかりと補強する必要があります。

アンテナは完全にきつく吊り上げるのではなく、ある程度ゆるめに吊り下げておく必要があります。そうすることで、アンテナを支えるロープやポールにかかる負担が少なくなります。

アンテナを木に固定する場合は、枝による干渉を受けないように、木のてっぺんに立てたポールに取り付けるのが最適です。

アンテナから機器まで伸びる電線は、その全長にわたって非常に丁寧に絶縁する必要があります。アンテナのこの部分は「ラットテール」またはリードインと呼ばれます。

図199は、「引き込み型」アンテナを取り付ける適切な場所を示しています。配線は徐々に収束していく必要があります。

図200.—パイプ用アースクランプ。
図200.—パイプ用アースクランプ。
無線機器は良好な接地接続を確保することが非常に重要です。良好な接地は機器の正常な動作に不可欠です。アマチュア実験者は通常、水道管やガス管を接地に使用し、図200に示すようなアースクランプで電線を固定します。このような配管が利用できない田舎では、3～4フィート四方の銅板を地中の湿った場所に埋め、そこに電線を接続する必要があります。

受信装置

受信機は無線局の最も興味深い部分であり、アマチュア無線家が最初に注目することが多い。受信機は無線局の耳であり、驚くほど感度が高いにもかかわらず、非常にシンプルで簡単に構成できる。

受信に必要な機器は以下のとおりです。

検出器、
チューニングコイルまたはルーズカップラー、
固定コンデンサー、
電話の受話器。
テストブザー、可変コンデンサーなどの他のデバイスを追加して装備を改善することもできます。

アンテナが適切に設置されたら、最初に作らなければならないのは、同調コイルかルーズカプラのどちらかです。まず同調コイルを作り、機器の操作に慣れてきたらルーズカプラを作るのが良いでしょう。

チューニングコイルは非常にシンプルな構成で、より遠くからメッセージを受信することを可能にするほか、望ましくないメッセージをある程度排除し、混乱なく必要なメッセージを聞くことができます。

同調コイルは円筒上に巻かれた単層のワイヤで構成され、スライド接点によってそのどの部分とも接続できるように配置されています。

ワイヤーを巻き付ける筒は、長さ6.5cm、外径2.7cmのボール紙製の筒です。内側と外側にシェラックを2～3回塗り、完全に浸透させてから、乾燥するまで置いておきます。この処理により、筒を巻いた後にボール紙の収縮によってワイヤーが緩むのを防ぎます。

図201.—同調コイルの詳細。
図201.—同調コイルの詳細。
乾燥後、チューブに25番B.&Sゲージの緑色の絹または綿で覆われたマグネットワイヤーを一層に巻き付けます。ワイヤーは非常に滑らかに、かつしっかりと巻き付けます。両端から1/4インチ（約3.7cm）離れたところで止め、巻き始めます。ワイヤーの端は、ボール紙のチューブに開けた2つの小さな穴にピンで通して固定します。

巻線には透明なニスまたは白いシェラックを 1 回塗り、乾燥させます。

コイルのヘッドまたは端部ピースは、添付の図に示されている設計図と寸法に従って 1/2 インチの木材から切り出されます。

上部の角は、スライダーロッドを受け止めるために面取りされ、切り込みが入れられています。直径2.5/8インチ、厚さ3/8インチの円形の木片が、各コイルヘッドの内側に釘付けされ、シリンダーの両端を支えています。

木製部分はマホガニーまたは他の暗い色で染色し、シェラックまたはニスで仕上げる必要があります。

スライダーロッドは真鍮製の四角形で、3.75インチ×3.75インチ、長さは21.75インチです。各ロッドの端から1.25インチほど離れたところに小さな穴が開けられており、丸頭の真鍮製木ネジでロッドをチューナー側に固定します。

スライダーは、図 201 に示す計画に従って作成できます。

スライダーは、1/16インチ四方の真鍮管の小片から作られています。中央の片面に、8-32番の真鍮製皿ネジがはんだ付けされています。スライダーの底部には、リン青銅板またはスプリング銅の小片がはんだ付けされており、シリンダー上の配線と接続するための接点を形成しています。スライダーにねじ込まれた小さな「エレクトローズ」ノブは、すっきりとした操作性を実現しています。

ロッドごとに 1 つずつ、合計 2 つのスライダーが必要です。

同調コイルは、図 203 に示すように組み立てられます。段ボール製の筒は、コイル ヘッドの円形部分に打ち込まれたいくつかの小さな真鍮製の釘によって固定されています。

各スライダーロッドにスライダーが取り付けられており、ロッドはコイル端のスロットに、その目的のために端の近くに開けられた穴を通した小さな丸頭の真鍮製ネジで固定されています。

図202.—同調コイルの側面図と端面図。
図202.—同調コイルの側面図と端面図。
コイルの片端に2つのバインディングポストが取り付けられています。1つずつをスライダーロッドに接続します。3つ目のバインディングポストはヘッドの中央下部に配置され、シリンダーに巻かれたワイヤーの一端に接続されます。

各スライダーの真下、コイルに沿った細い通路に銅線が接触できるように、鋭利なナイフで電線の被覆を削り取る必要があります。スライダーは、通過する電線1本1本に接触し、電線を損傷したり乱したりすることなくスムーズにスライドする必要があります。

図203.—完成したダブルスライダーチューニングコイル。
図203.—完成したダブルスライダーチューニングコイル。
絶縁体を削り取るときは、電線を緩めたり、電線間の絶縁体を剥がしたりしないように十分注意してください。そうしないと、隣接する電線間でショートが発生しやすくなります。

ルーズ カプラはダブル スライダ チューナーよりもはるかに効率的なチューニング デバイスであり、ほとんどのアマチュア無線家は遅かれ早かれ自分の局にこれを設置します。

次ページの図に示すルーズカプラは非常にシンプルなもので、製作も容易かつ安価です。しかし、そのシンプルさゆえに一つ欠点があります。構造上、二次側が一次側にある状態では、二次側のスライダーを動かすことができません。私がこの種のルーズカプラを例として取り上げたのは、若い読者の方々にルーズカプラの製作方法を知っていただくためです。

後述する「ジュニア」ルーズカプラは、より精巧で効率の高い装置ですが、製造がはるかに困難です。

図204.—単純なルーズカプラ。
図204.—単純なルーズカプラ。
ルーズカプラのベースは木製で、寸法は12インチ×4インチです。一次側を支えるヘッドは、先ほど説明した「ジュニア」ダブルスライド同調コイルに使用されているものと同じサイズです。同じ方法で製作し、管を支えるための円形ブロックを取り付けることができます。一次側管は同調コイルと同じ直径ですが、長さはわずか4インチです。一次側管は接着剤で一次側ヘッドに固定し、その後、小さな画鋲でしっかりと固定します。シェラックをたっぷりと1～2回塗布すると収縮しなくなり、ルーズカプラをしばらく使用しても線が緩みにくくなります。

二次コイルは一次コイルと同じ長さですが、直径が小さいため、簡単に挿入できます。また、シェラックで処理されています。

一次側は22番単線シルク被覆マグネットワイヤを単層で巻きます。二次側は29番単線シルク被覆マグネットワイヤを巻きます。

二次側を支えるヘッドは、一次側で同じ目的で使用されるヘッドよりも小さくなっています。ただし、チューブが固定される丸いボスははるかに厚くなっています。

二次側は「ガイドロッド」上をスライドします。ガイドロッドの一端は一次側ヘッドを貫通し、もう一端は真鍮製の支柱で支えられています。支柱は木製の場合もあります。

セカンダリが「オフセット」されている場合、つまり中心からわずかに片側にずれて配置されている場合、セカンダリ スライダーがプライマリにぶつからずに内部を通過する可能性がある余地が残ります。

一次側と二次側の両方に、さまざまな巻き線のワイヤと接触するための「スライダー」を取り付ける必要があります。

スライダーの構築方法についてはすでに説明しました。

スライダーロッドの両端は直角に曲げられ、両端付近に開けられた穴に2本の小さなネジを通すことでコイルヘッドに固定されています。スライダーがコイルの巻き線に接触するように、それぞれの下の絶縁材に小さな溝を削り込む必要があります。二次ヘッドには、前後にスライドさせるための小さなハンドルが取り付けられている場合があります。

各コイルヘッドには 2 つのバインディング ポストが取り付けられています。

それぞれのポストの 1 つは、ヘッドから最も遠いコイルの端に接続され、その他のポストはそれぞれスライダー ロッドに接続されます。

図 220 は受信セット内のルーズ カプラを接続する方法を示しています。

緩いカプラで調整するには、まず一次側のスライダーを調整して信号が最もクリアになるようにします。次に、二次側のスライダーを最適な位置に設定し、信号が最もクリアになるまで二次側を一次側から出し入れします。

ジュニアルーズカプラの組み立て方

今説明した種類の緩いカプラはシンプルで、非常に簡単に構築できますが、二次側が一次側内にあるときにスイッチによって二次側を変更できるものと同様には機能しないことがわかります。

機器のベースは、縦12インチ×横3.5/8インチです。一次巻線は、直径2.75インチ、長さ3.75インチのボール紙製の筒に、B.&S.ゲージ24番の単線シルク被覆ワイヤを一層に巻いたものです。巻線は一層に敷き詰め、約150回巻き付けます。しっかりと巻き付けた後、清潔な白いシェラックを塗布し、乾燥させます。シェラックは、スライダーを前後に動かしてもワイヤが緩まないように、ワイヤを筒にしっかりと固定するためのものです。

一次側は 2 つのヘッドの間に取り付けられており、その詳細は図 205 に示されています。 ヘッドの 1 つ ( B ) には、チューブの端を受け入れ、二次側が内部を通過できるように、中央に直径 2 と 3/4 インチのフランジ付きの穴が開けられています。

図205.—木製部品の詳細。
図205.—木製部品の詳細。
二次巻線は、B&Sゲージ28番の絹被覆線を単層で巻いたもので、6つの均等なセクションに分割されています。二次巻線は、CとFの2つの円形の木製部品で支えられ、2本のガイドロッド上を前後にスライドします。ガイドロッドは真鍮製です。緩んだカプラの中心に鉄や鋼のロッドを通すと、信号が著しく弱まるため、絶対に避けてください。

図206.—ルーズカプラの側面図。
図206.—ルーズカプラの側面図。
図207.—ルーズカプラの上面図。
図207.—ルーズカプラの上面図。
二次セクションは 6 つの接点と二次側の端に取り付けられたスイッチ アームに接続されており、スイッチを回すことで、巻線の 1 つ、2 つ、3 つ、4 つ、5 つ、または 6 つのセクションを接続できます。

図208.—ルーズカプラの端面図。
図208.—ルーズカプラの端面図。
図209.—完全なルーズカプラ。
図209.—完全なルーズカプラ。
カップラーの二次側近くにある2つの端子は、2本のフレキシブルワイヤを介して二次巻線の端子に接続されています。図面が見づらくなる可能性があるため、いくつかの図では端子は示されていません。

一次側には、各ワイヤと個別に接触できるように、絶縁体を削った狭い経路上を前後に移動するスライダーが設けられています。

検出器

検出器は非常に単純な装置であり、特定の鉱物の小片を保持し、表面に接触させるための装置のみで構成されています。

図210に示す水晶検波器は、非常に効率が良く、簡単に素早く作ることができます。完成すれば、ほぼすべてのアマチュア実験者の無線機器に貴重な追加機能となるでしょう。

図210.—結晶検出器。
図210.—結晶検出器。
ブラケットは、厚さ約1/8インチ、幅約5/8インチの真鍮板を、図に示す形状に合わせて曲げ加工します。ブラケットは、直径約7.6cmの円形の木製ベースに取り付けられます。電気技師がシャンデリアを設置する際に使用する「フィクスチャーブロック」と呼ばれる円形の木製ブロックが、適切なベースとなります。タイプライター型の電気ノブは、無線機器を扱う信頼できる販売店であれば購入できます。このノブには、ブラケット上部の穴にねじ込むネジ山が取り付けられている必要があります。

鉱物は、ノブの端の下のベースに取り付けられた小さな真鍮のカップに入っています。

カップ内の鉱物との接触は、調整ネジの端にはんだ付けされた細いワイヤースプリングによって行われます。

ネジを上下に動かすと、バネの鉱物への圧力が変化し、最も繊細な調整が可能になります。ブラケットは一方のバインディングポストに、カップはもう一方のバインディングポストに接続されています。

図211.—結晶検出器の詳細。
図211.—結晶検出器の詳細。
図 212 に示す検出器は、鉱物上に長くて細いワイヤが付いていることから、「猫のひげ」と呼ばれることが多いタイプです。

これは、真鍮板の細片を曲げて形成され、方鉛鉱の塊をつかむ小さなクリップで構成されています。

ダブルスライダーチューニングコイル。
ダブルスライダーチューニングコイル。
ジュニアルーズカプラ。
ジュニアルーズカプラ。
水晶検出器。
水晶検出器。
水晶検出器。
方鉛鉱は無線機器販売店で入手できます。30番リン青銅線を、バインディングポストで支えられた短い真鍮棒の端に半田付けします。棒のもう一方の端には、電極ノブが取り付けられています。検出器のこの部分は「フィーラー」と呼ばれます。

図212 「猫のひげ」検出器の詳細。
図212 「猫のひげ」検出器の詳細。
検出器にはバインディングポストが取り付けられており、適切な小型の台座に取り付けることができます。鉱物クリップは一方のポストに接続され、「フィーラー」を支えるバインディングポストはもう一方のポストに接続されます。鉱物に対する細線先端の張力または圧力は、電極ノブを回してロッドを回転させることによって調整できます。ロッドを前後にスライドさせることで、結晶の様々な部分から最も感度の高い箇所を「探査」することができます。

猫ひげ検出器に似た形状を図 213 に示します。クリップの代わりに鉱物を保持するためのカップが付いています。

図 214 に示す検出器は、これまで説明したどの検出器よりも複雑です。

図 213.—「猫ひげ」検出器の別の形式。
図 213.—「猫ひげ」検出器の別の形式。
図214.—「猫ひげ」検出器。
図214.—「猫ひげ」検出器。
ベースは3.5インチ×1.3/4インチ×1.5インチの木製ブロックです。バインディングポストは、電気機器で一般的に使用されるタイプです。ポストの1つは左右に振れるように軸が取り付けられています。ゴムまたは繊維製のノブを取り付けた短い真鍮棒をポストのワイヤー穴に通します。棒の先端には、30番B.&Sゲージの青銅線がはんだ付けされています。小さな真鍮カップの中に、 方鉛鉱またはケイ素のいずれかの鉱物が入っています。ポストをひねり、ロッドを前後にスライドさせることで、鉱物表面の任意の部分を選択できます。

コンデンサーを固定しました。

コンデンサーの構造を図205に示します。3×4インチの薄いタイプライター用紙24枚と、2×4インチのアルミ箔23枚を用意します。最初に紙1枚、次にアルミ箔1枚、さらに紙1枚というように重ね、アルミ箔2枚ごとに紙1枚ずつ間隔を空けます。ただし、アルミ箔は紙の端から突き出ている必要があります。コンデンサーの片端にあるアルミ箔の突起をすべて繋ぎ、細いワイヤーを接続します。反対側のアルミ箔も同様に接続します。最後に、コンデンサーの周りに輪ゴムを数本巻き付けて固定します。

図215.—固定コンデンサーの構築。
図215.—固定コンデンサーの構築。
図216.—木製の端が取り付けられた管片で作られた真鍮ケースに収められた固定コンデンサー。
図216.—木製の端が取り付けられた管片で作られた真鍮ケースに収められた固定コンデンサー。
コンデンサーに仕上げの外観を与えたい場合は、真鍮製の管に木または繊維製の両端を取り付け、そこにコンデンサーの端子を接続する端子台を設けます。

無線機器で使用する電話受信機は購入する必要があります。受信機の構造上、実験者自身で製作することはできません。

図217.—電話のヘッドセット。
図217.—電話のヘッドセット。
50 マイル以上離れた場所から受信することを望まない局の場合は、75 オームの双極電話受信機で十分です。

無線機器から最良の結果を得るには、無線専用の受信機が必要です。受信機はそれぞれ1000オームの抵抗値が必要です。受信機を1台ずつ購入する必要がある生徒もいるかもしれません。図217に示すように、受信機2台、ダブルヘッドバンド、ダブルコードで構成されたヘッドセットをできるだけ早く用意してください。

図218.—ダブルスライダーチューニングコイルの接続方法を示す回路。
図218.—ダブルスライダーチューニングコイルの接続方法を示す回路。
受信装置の接続

図218は、ダブルスライドチューナー、検波器、固定コンデンサー、そして電話機2台をアンテナとアースに接続する方法を示しています。ダブルスライドチューナーの代わりにルーズカップラーを取り付けた同じ機器を図219に示します。

図 220 の回路図は、図 218 および 219 に示した回路図と同じものですが、異なる計器を示しています。

図219.—ルーズカプラの接続方法を示す回路。
図219.—ルーズカプラの接続方法を示す回路。
図220.—この章で説明する機器のいくつかを接続する方法を示す図。
図220.—この章で説明する機器のいくつかを接続する方法を示す図。
機器を接続したら、検出器のカップに方鉛鉱またはシリコン片を入れ、その上に電線を下ろします。次に、同調コイルまたはルーズカプラのスライダーを動かし、電話機からブザー音が聞こえるまで検出器を調整します。少しの忍耐と練習が必要かもしれませんが、粘り強く続ければ、すぐに装置を調整して、ほとんど問題なく大きく明瞭に信号を受信できるようになります。

送信装置

スパークコイルについては既に第12章で説明しました。スパークギャップとキーに接続するだけで、無線メッセージを送信できます。

無線通信用に特別に作られたスパークコイルは通常、実験目的で使用される通常のスパークコイルよりも遠くまで電波を送信します。

図221.—ワイヤレススパークコイル。
図221.—ワイヤレススパークコイル。
良質の 1 インチ コイルの価格は 4.50 ドルから 5.00 ドルで、適切なアンテナと併用すれば 3 マイルから 5 マイル送信できます。

スパークコイルが正常に動作するにはかなりの電流が必要であり、蓄電池、乾電池、または重クロム酸電池で動作させると最良の結果が得られます。乾電池を使用する場合は、図69に示すように、複数の乾電池を直列に接続することをお勧めします。

スパークギャップは、図 222 に示すように、木製のベースに 2 つのダブルバインディングポストを取り付けることによって作成できます。

亜鉛は、スパークギャップに非常に効果的である特殊な特性を持っているため、スパークギャップの電極には通常亜鉛が使われます。

図222.—小さな火花ギャップ。
図222.—小さな火花ギャップ。
図は2種類の異なる形状の電極を示しています。1つは亜鉛棒で作られ、「電極」ハンドルが付いています。もう1つは、亜鉛電極が2本の短い真鍮棒の先端に取り付けられた「チップ」形状になっています。

1インチのスパークコイルは、スパークギャップをコイルの二次側に直接接続することで非常に良好な結果をもたらします。アンテナはギャップの片側に接続し、もう片側はアースに接続します。

送信機は、コンデンサーとヘリックスを使用することで「調整」され、範囲が拡大されることもあります。

コンデンサーは、試験管の内側と外側をアルミ箔で覆って小型のライデン瓶を作ることで最も簡単に作ることができます。試験管の端はコルクで閉じられており、そのコルクに真鍮の棒が通され、内側のアルミ箔につながっています。

図223.—シンプルトランスミッターの接続方法を示す図。
図223.—シンプルトランスミッターの接続方法を示す図。
このようなコンデンサーをスパークギャップ間に直接接続すると、スパークは非常に白くなり、パチパチという音を立てます。

図 225 に示すように、複数のチューブをラックに配置できます。

ヘリックスは、真鍮リボンを螺旋状に巻き、木製の枠にセットしたものです。枠を構成する2本の帯はそれぞれ9インチの長さです。螺旋は、幅3/8インチの真鍮リボンを8回巻き付けたもので、枠に鋸で切った部分にセットされています。リボンの外側の端には、バインディングポストが接続されています。

図 228 は、ヘリックスおよびコンデンサーをコイルおよびスパークギャップに接続する方法を示しています。

2 つのクリップは、真鍮のシートのストリップを曲げ、その一端に柔軟なワイヤーを接続することによって作られています。

図224.—試験管ライデン瓶。
図224.—試験管ライデン瓶。
大規模な放送局では、アンテナ回路に「熱線電流計」を設置し、メーターの読み取り値が最高になるまでクリップを移動させることで、クリップの最適な位置を見つけます。

若い実験者は、送信において最良の結果が得られるまで、らせん状のクリップを動かしてセットを調整する必要があります。

図225.—木製ラックに取り付けられた8つの試験管ライデン瓶。
図225.—木製ラックに取り付けられた8つの試験管ライデン瓶。
スパーク コイルが良質で、十分に熱いスパークを発生できる場合は、小型のミニチュア タングステン ランプをアンテナと直列に接続し、ランプが最も明るく点灯するまでクリップ、コンデンサー、スパーク ギャップの長さを変更することで、セットが適切に調整されているかどうかを確認できる可能性があります。

両方の局が同時に動作しているときにメッセージが別の局のメッセージと混同されないように、局を非常に厳密に調整することが望ましい場合に、通常のヘリックスの代わりに発振トランスが使用されることがあります。

図226.—らせん状とクリップ。
図226.—らせん状とクリップ。
振動変圧器は、一方が一次側、もう一方が二次側として機能するように配置された2つの螺旋で構成されています。振動変圧器は、二次側図226に示すような螺旋フレームを2組作成することで作成できます。

図227.—発振トランス
図227.—発振トランス
一次側には真鍮リボンを8回巻き、二次側には12回巻きます。一次側は、二次側が取り付けられる硬い真鍮ロッドを支えます。二次側はロッド上を上下にスライドしますが、しっかりと固定されるように、非常に硬い動きをする必要があります。

振動らせん。
振動らせん。
発振コンデンサー。
発振コンデンサー。
一般的な双投双極ナイフスイッチ（磁器製のベース付き）は、小規模な放送局のアンテナスイッチとして非常に優れたものとなります。このスイッチは、アンテナとアースを、送信装置または受信装置に任意に接続するために用いられます。このようなスイッチを図230に示します。

図 228.—ヘリックスおよびコンデンサーの接続方法を示す回路。
図 228.—ヘリックスおよびコンデンサーの接続方法を示す回路。
アンテナはポストAに、アースはポストBに接続します。ポストEとFは送信機に、ポストCとDは受信機に接続します。テーブルまたは操作台上の機器の設置場所に応じて、どちらか都合の良い方に接続してください。

無線機器が恒久的に接続できるよう、無線機器を置くための適切なテーブルを用意する必要があります。

図229.—発振トランスとコンデンサーの接続方法を示す回路。
図229.—発振トランスとコンデンサーの接続方法を示す回路。
大陸コードは無線通信で一般的に用いられているコードです。モールス信号とは若干異なり、スペース文字は含まれていません。習得しやすく、モールス信号よりも扱いやすいと言えるでしょう。

図230.—空中スイッチ。
図230.—空中スイッチ。
2、3ヶ月間、友人と地道に練習すれば、若い実験者は無線電信の達人になれるはずです。その後、夜間に海上の船舶にプレスニュースを送信する高出力無線局をいくつか受信することで、非常に熟練した技術を習得できるでしょう。プレスニュースは通常の商用無線メッセージよりも遅く送信されるため、読みやすく、読解を学ぶ初心者にとって良い出発点となります。

図 231.—送信機と受信機の完全な配線図。
図 231.—送信機と受信機の完全な配線図。
図232.—大陸のアルファベット。
図232.—大陸のアルファベット。
コヒーラー衣装

コヒーラー・アウトフィットは通常、1マイル（約1.6km）以内の距離からのメッセージしか受信できません。しかしながら、この装置は構築・実験する上で非常に興味深いものであり、そのため以下に詳しく説明します。

コヒーラ セットは、短距離でベルを鳴らしたり、音響器を作動させたりできるので、無線装置の動作を友人に実演するのに最適な装置です。

コヒーラを作るには、まず二重のバインディングポストが必要です。図233に示すように、長さ6インチ、幅4インチの木製台座に、約2.5cm間隔でバインディングポストを取り付けます。

図233.—コヒーラとデコヒーラ。
図233.—コヒーラとデコヒーラ。
長さ約1.5インチ、内径約1/8インチのガラス管を用意します。また、管にぴったりと収まる真鍮棒も用意します。真鍮棒をそれぞれ1.75インチの長さに2本切り取り、図234に示すように、バインディングポストの上部の穴に通してガラス管に差し込みます。ただし、2本目の棒を所定の位置に差し込む前に、管の中にニッケルと銀の削りかすを入れておく必要があります。そうすることで、2本の棒をほぼ押し合わせた際に、棒間の距離が約1/16インチになり、削りかすが空間の約半分を埋めるようになります。

削りかすは慎重に準備する必要があります。まず、5セント硬貨の端を粗いヤスリで削ります。細かい粉や粉末ではなく、適度に粗いヤスリのみを使用してください。10セント硬貨から取った銀の削りかすを少量、ニッケルと混ぜ合わせます。混合物の比率はニッケル90%、銀10%です。

図234.—コヒーラの詳細。
図234.—コヒーラの詳細。
チューブに入れる適切な量の削りかすや、真鍮棒またはプラグをどのくらいの間隔で配置するかを見つけるには、かなりの実験が必要になります。

古い電気ベルからゴングを取り外し、図 233 に示すようにベルをベースに取り付けます。ベルが鳴っているときにベル ハンマーがコヒーラに軽く触れる位置にある必要があります。

2本のバインディングポスト、チューブロッド、およびヤスリがコヒーラを構成します。ベルはデコヒーラです。

装置を完成させるために次に必要なのはリレーです。第10章で説明したリレーを使用するか、図235に示す設計図に従って自作してください。このリレーは、幅2インチ、長さ4インチの木製台座に取り付けられた単一の電磁石で構成されています。アーマチュアは、直径1/4インチ、長さ1/8インチの軟鉄棒で、厚さ約34番B.&S.ゲージの薄いスプリング用真鍮片の先端にリベット留めされています。

図235.—リレー。
図235.—リレー。
スプリングのもう一方の端はブラケットに取り付けられており、スプリングの張力を調整するためのつまみネジが付いています。

アーマチュアの下側と磁気コアの上側には、それぞれ小さな銀色の接点が取り付けられています。

電磁石を通過する電流によってアーマチュアがコアに引き下げられると、接点はまっすぐに接触するはずです。

調整ネジを回すことで、アーマチュアを上下させることができます。アーマチュアはコアにほぼ触れる程度、かつ厚手の紙を差し込める程度の高さに調整してください。

磁石の端子は、ベース上のSとSとマークされた2つの端子に接続されています。端子の1つであるPは真鍮の支柱に接続され、もう1つは磁石のコアに接続されています。

図236は、衣装の取り付け方法を示しています。正しく動作させるには、かなりの調整が必要になります。

図236.—コヒーラーの完全な装備。
図236.—コヒーラーの完全な装備。
デモンストレーション目的や、たとえば部屋の向こう側など非常に短い距離にメッセージを送信するためにこの装置を使用する場合は、アンテナは必要なく、単に一対の「キャッチワイヤー」が必要です。

「キャッチワイヤー」は、長さ約 2 フィートの硬い銅線 2 本で、コヒーラの一部を形成する二重バインディングポストの下側の穴に配置されます。

装置を動作させるには、まずリレーの調整ネジを上げて、アーマチュアをコアからかなり離します。次に、アーマチュアをコアの接点に押し付けます。すると、デコヒーラが直ちに作動し、コヒーラを叩き始めます。次に、つまみネジを回して、アーマチュアをコアに近づけ、ベルが鳴らない範囲で可能な限り近づけます。

送信機は、スパークコイル、電池、キー、スパークギャップで構成されます。ギャップはコイルの二次側に接続し、電極間の距離が約1/8インチになるように調整します。キーはコイルの一次側と電池に直列に接続し、キーを押すとギャップに火花が散ります。スパークギャップには、コヒーラに使用されているものと同様のキャッチワイヤを2本取り付け、送信機はコヒーラから約1.2～1.5メートル離れた場所に設置します。

送信機のキーを押すと、デコヒーラが鳴るはずです。キーを押すのをやめても鳴り続ける可能性があります。その場合は、リレーの調整ネジを回して、アーマチュアをコアから少し離して上方に動かす必要があります。

デコヒーラがキーを押しても毎回動作しない場合は、コヒーラ内の真鍮製プラグを調整する必要があります。最初は装置の動作に多少苦労しても、決して落胆しないでください。適切な調整方法を習得すれば、送信機をコヒーラからかなり離れた場所に設置しても、問題なく動作することがわかります。

それができるようになれば、装置を別の部屋に設置して、同じように動作させることが可能になります。通常の壁は無線電波に何ら影響を与えないからです。

コヒーラ プラグ同士が近いほど、コヒーラの感度は高くなりますが、近すぎるとデコヒーラが削りかすを適切に振り落とすことができず、キーを押しても停止しなくなることに注意してください。

この装置の動作は、2つの真鍮プラグ間の金物の抵抗が適切に調整されている場合、十分な電池電流が流れずリレーのアーマチュアを引き寄せることができなくなるという事実に基づいています。送信機からの無線電波がコヒーラのキャッチワイヤーに当たると、金物はすぐに互いにくっつき、凝集します。この状態になると金物の抵抗は低くなり、電流がリレー回路に流れ、アーマチュアを引き下げます。アーマチュアは2つ目の回路を閉じ、デコヒーラを動作させます。デコヒーラは金物を振動させてデコヒーリング（分離）させ、次の信号に備えます。

この種のコヒーラ セットは、検出器をコヒーラに置き換えることによってアンテナと地上で使用できますが、それ以外は、すでに示した受信回路のいずれかに従います。

ワイヤレス電話
第15章 無線電話
おそらく「少年電気技師」の読者の多くはアマチュア無線通信士であり、商用メッセージを受信したり、近隣の他の実験者と通信したりできる独自の装置を作成したことがあるでしょうが、無線電話を作成したことがある人はそれほど多くありません。

次のページで説明する装置は簡単に作成および配置でき、非常に興味深い実験に役立ちます。

商用無線電話としては実用的ではありません。音声伝送距離が250～300フィート（約75～90メートル）に制限されているからです。もし、通りの向かい側で上記の範囲内に住んでいる友人がいるなら、部屋にいながらにして接続ケーブルなしで通話できる簡易無線電話を作ることができます。

これらの機器は磁気誘導によって動作します。誘導コイルの一次側の電流が、電気的に接続されていないにもかかわらず、二次側のコイルに電流を誘導する仕組みについては既に説明しました。このタイプの無線電話は、実際には2つの巻線が大きく離れた誘導コイルで構成されています。

図 237 のように 2 つの電線コイルが接続されているとします。図では、一方のコイルAが電池 1 組と電信キーに直列に接続されています。もう一方のコイルBの端子は電話受話器に接続されています。コイルは互いに平行に配置され、数インチ離されています。キーが押されて電池電流がコイルAを流れると、磁場が生成され、そのすぐ近くに磁力線が形成されます。磁力線はコイルBを通過し、コイル B に電流を誘導します。この電流により、電話受話器からクリック音のような音が聞こえます。

図237.—2つのコイル間の誘導作用を示す簡単な配置。
図237.—2つのコイル間の誘導作用を示す簡単な配置。
電話の送信機をキーの代わりに使用し、それに話しかけると、電池からコイルに流れる電流が音声の振動ごとに変化し、Bに接続された受信機によって言葉が明確に繰り返されます。

この実験は、おそらくすでに作業場にある道具を使って、どんな子供でも試すことができます。直径5～6インチの段ボールの筒に25～30回巻いた電線がコイルの役割を果たします。必要なのは、このコイル2個、普通の電話送信機、電話受話器、そして乾電池2個だけです。

図238.—シンプルな無線電話。
図238.—簡易無線電話。送信機に送られた音声は受信機で聞くことができますが、両者の間には直接的な電気的接続はありません。
添付の図は装置の配置を示しています。コイルを数インチ離して使用すると、受話器で音声が明瞭に聞こえます。

しかし、このような装置はあくまでも実験的なもので、実用的な装置を製作しようとする場合、コイル等の直径をもっと大きくし、巻数を増やす必要があります。

より大きなコイルを作るには、まず「作業場」または屋根裏部屋の床に直径4フィートの円を描きます。次に、円周に沿って約4インチ間隔で小さな釘を数本打ちます。

20番ゲージのB.&S.綿被覆マグネットワイヤを2.5ポンド用意し、円周に巻き付けます。ワイヤは少なくとも60回完全に巻き付けます。両端には接続部を確保するために約30センチの余裕を残します。巻き付けた後、コイルが形を保ち、外れないように、約6インチごとに細い紐で縛ります。その後、釘を抜いてコイルを取り外すことができます。

コイルは実験目的であればそのまま使用しても構いませんが、ある程度の取り扱いをする場合は、歩道で転がすときに女の子が使うような大きな輪を用意し、コイルを輪と同じ直径にするのが賢明です。そうすれば、完成後に絶縁テープでしっかりと固定できます。そして、2本の結束ポストを輪に固定し、コイルの端子をそれらに接続します。

完全な無線電話システムにはこのようなコイルが 2 つ必要であり、各ステーションに 1 つずつ配置されます。

ダブルコンタクトのストラップキーも必要です。このようなキーは、数本のネジと真鍮板があれば簡単に作れます。図には各部品と構造が明確に示されているため、詳細な説明は必要ありません。

図239.—ダブルコンタクトストラップキー。
図239.—ダブルコンタクトストラップキー。点線はバインディングポストの接続方法を示しています。
この実験に必要な電話送信機と電話受信機は非常に高感度でなければならず、若い実験者が満足のいくものを作ることはほぼ不可能です。中古の電話機から入手するか、電気店で購入することができます。送信機は「長距離」タイプである必要があります。80Ωの受信機でも十分ですが、無線局もお持ちの場合は、無線局に付属している1000Ωの受信機を使用すれば、非常に良好な結果が得られます。

約 10 ボルトと良好な定電流を供給できるバッテリーが必要です。

装置は図240に示すように接続されます。

キーが押されると、コイルは電池と電話送信機に接続されます。送信機に向かって言葉を発すると、流れる電流量が変化し、コイル付近に発生する磁場が、相手局（あまり遠くない場合）のコイルに電流を誘導し、電話受話器で言葉が再生されます。

キーを放すと、上部の接点と接続され、電話の受話器が受信用の回路に配置されます。これにより、他のステーションの友人は、キーを押して送信機に向かって話すことで、あなたのメッセージに応答できます。

図240.—携帯電話の回路。
図240.—携帯電話の回路。キーが上がっているときは受信機が動作準備完了です。キーが押されると、送信機と電池が回路に投入されます。
最善の計画は、各コイルを三脚の上に取り付け、最初はコイルを互いに近づけて配置し、装置が機能する最大距離が見つかるまで徐々に離していく実験を行うことです。

2 つのコイルを正確に平行に保つように注意してください。

電池の性能に大きく左右されます。十分な電流を流せることを確認してください。必要以上にキーを押し続けないでください。電話の送話器が熱くなります。

コイルの直径を 6 フィートにして、各コイルに 200 ～ 400 回の巻き付け線を配置すると、300 フィート以上の音声を送信できるセットを作成できます。

図241.—アマチュア向けの完全な無線電話および電信局。
図 241.—アマチュア用の完全な無線電話および電信局。 1. 電話コイル。 2. 電話送信機。 3. ダブルコンタクトストラップキー。 4. バッテリー。 5. スパークコイル。 6. キー。 7. スパークギャップ。 8. アンテナスイッチ。 9. ルーズカップラー。 10. 検出器、 11. 固定コンデンサー。 12. コードチャート。 13. アマチュアライセンス。 14. アンテナ。 15. 電話受信機。
コイルは、友達の家にあるコイルと平行になる位置で、自分の店の壁に設置することができます。

この種の無線電話システムの成功は、コイルの直径を大きくし、巻き数を増やすこと、コイルを平行に保つこと、感度の高い送信機と受信機を使用すること、そして高性能なバッテリーを使用することにかかっています。この目的には蓄電池が最適です。

電気モーター
第16章 電動機
アメリカで初めて電気モーターの特許を取得し、発明したのはトーマス・ダベンポートでした。ダベンポートの父親は息子がわずか10歳の時に亡くなりました。そのため、若き発明家は14歳で鍛冶屋の見習いとなりました。

数年後、鍛冶屋としての技術を徹底的に習得した彼は、エミリー・ゴスという名の17歳の美しい少女と結婚し、バーモント州ブランドンの町に定住して、独立した鍛冶屋として働き始めました。

この頃、ジョセフ・ヘンリーは電磁石を発明しました。ダベンポートはこの素晴らしい「ガルバニック磁石」について耳にしました。鍛冶屋の金床を持ち上げられるという噂です。これが彼の破滅を招きました。二度と心の平安を得ることはなく、常につかみどころのない科学的な「鬼火」を追い求める運命となったのです。工房で鉄が必要になることは何度もありましたが、彼の収入の大部分は電磁石と電池の製造に費やされました。

当時は絶縁電線を購入することができず、絶縁電線が欲しい人は裸線を購入し、自分で絶縁する必要がありました。当時の科学者たちは、絶縁電線に適した素材は絹しかないと考えていました。そこで、ダベンポートの勇敢な若い妻は、絹のウェディングドレスを細く切り、それを使って最初の電気モーターのコイルを巻きました。

ほぼ克服不可能な困難にもめげず実験を続け、家族も等しく負担する多くの犠牲を払った結果、1835年に特許取得のためワシントンD.C.へ旅することができた。しかし、彼の任務は徒労に終わり、一文無しで帰国せざるを得なかった。

彼はひるむことなく 2 回目、3 回目の旅を続け、ついに忘れられない特許を取得しました。これは、長い列車を素早く静かに牽引する電気機関車と、蒸し暑い日に風を起こす小型扇風機を可能にした、電気モーターの特許の長い歴史の最初のものでした。

これらは、田舎のつつましい鍛冶屋から発明家、編集者へと転身した彼が、逆境と貧困との粘り強い闘いを通して、世界の科学者や技術者の間で当然不滅となるであろうリストに自分の名前を載せることに成功した理由のほんの一部です。

図 242 に示す計画に従えば、簡単な電気モーターを15 分で作ることができます。

アーマチュアは、長いコルクの両端にピンを刺して作ります。ピンは可能な限り中央に刺すようにすると、コルクをピンの上で回転させてもぐらつきません。ピンはモーターの軸、つまりスピンドルを形成します。次に、約3メートルの細いマグネットワイヤー（B. & S.ゲージの28～32番）を用意し、図のように2本のピンの両側に同じ回数巻き付けます。

図242.—15分で作れる簡単な電気モーター。
図242.—15分で作れる簡単な電気モーター。
これが終わったら、ワイヤーを糸で縛ってコルクにしっかりと固定します。

2つの自由端（始端と終端）をシャフトと平行になるように直角に曲げ、図242の左上隅に示すように、整流子セクションを2つ形成します。これらのセクションは、突出量が約3/8インチになるように切断します。電線の端を剥き出しにし、目の細かいエメリー紙またはサンドペーパーで表面をきれいにします。

ベアリングは、図 242 の右上隅に示すように、ピンが互いに交差するように 2 本のピンを 2 本のコルクに打ち込むことによって作られます。

角度が急すぎると、アーマチュアを所定の位置に置いたときにシャフトの摩擦が大きくなり、回転しなくなる可能性があります。

モーターの組み立ては、アーマチュアをベアリングに取り付け、その両側に棒磁石を2つ取り付けることによって行います。磁石は小さな木片の上に置くこともできますが、アーマチュアを手で回した際にちょうどアーマチュアが触れる程度に近づける必要があります。片方の磁石のN極はアーマチュアの隣に、もう片方の磁石のS極は反対側になるように配置します。

長さ約30センチ、直径26番B.&S.ゲージの電線2本を乾電池に接続します。電線の先端を約30センチほど露出させます。

2 本のワイヤの端を人差し指と親指で挟んで外側に曲げ、アーマチュアを回転させたときに、ワイヤの端がアーマチュア上のワイヤの端、つまり図に示されている「整流子セクション」にちょうど接触するようにします。

アーマチュアをひねって回転させ、回転時に長いワイヤーが整流子と接触するように手で持ちます。

ごく軽い圧力で押してください。強く押しすぎるとアーマチュアの回転が妨げられ、逆に弱すぎるとワイヤーがしっかりと接触しなくなります。

アーマチュアは一方向にしか回転しないので、両方向に試してみましょう。正しい方向に始動し、ワイヤーを正しく保持すれば、高速で回転し続けます。

この小さなモーターは、丁寧に作れば、作り手にとって非常に良い動作を見せるという、素晴らしい成果をもたらすでしょう。極めてシンプルな構造でありながら、実際の電気モーターに用いられているのと同じ基本原理を実証しています。

シンプレックス モーターは、数時間で作れる興味深い小さなおもちゃで、完成すると教育用モデルになります。

図243.—シンプレックスモーターのアーマチュアの詳細。
図243.—シンプレックスモーターのアーマチュアの詳細。
モーター自体としては、構造に使用される鉄の量が必然的に少ないため、効率はそれほど高くありません。このタイプのモーターとその製造方法の利点は、大型機械に用いられる実際の原理と応用方法を示していることです。

モーターの界磁は「シンプレックス型」と呼ばれるタイプで、アーマチュアは「シーメンスH型」または2極型です。界磁とアーマチュアは、ブリキ缶やクラッカーの箱の製造に使用されるような、一般的な錫メッキ鋼から切り出されています。

良質な平らな素材を手に入れる最も簡単な方法は、配管工から古い廃材を手に入れることです。ただし、古いココア缶やベーキングパウダーの缶を切って平らにすれば、ほぼ同じ用途に使えます。

図244.—アーマチュア。
図244.—アーマチュア。
骨組み。骨組みを作るために、3/8インチ×1.5インチの錫の細片を2枚切り出します。実際に必要な長さより少し長めに作られていますが、曲げ加工が終わった後に適切な長さに切ります。それぞれの細片の中央に慎重に線を引きます。次に、両方の細片が完全に同じ形になるように対称形を保つように注意しながら、図243に示すような形に曲げます。中央の小さな曲げは、細片を編み針の上で折り曲げ、その後必要な長さまで折り返すことで最も簡単に作ることができます。

図245.—フィールド。
図245.—フィールド。
シャフトには、長さ1.5インチの編み針が必要です。アーマチュアの2つの半分を図249に示す位置で結びます。鉄線で結び、はんだ付けします。はんだ付け後は鉄線を取り外してください。

図246.—フィールドと整流子。
図246.—フィールドと整流子。
磁場磁石は、最初に錫のストリップを 1/2 x 4 に切り取り、次にそれを図 245 に示す形状に曲げることによって作られます。

これを正確に行う最も簡単な方法は、木片を型枠として切り出し、その型枠に沿ってブリキを曲げることです。図245に示す寸法を型のガイドとして使用してください。

図247.—ベアリング。
図247.—ベアリング。
フィールド マグネットの足に、フィールドをベースに固定する 3 番木ネジを通すための 2 つの小さな穴を開けます。

ベアリングの詳細は図247に示されています。ブリキ板から切り出すことで簡単に作ることができます。図243に示すように、カラーとして機能する2つの小さなワッシャーをシャフトに半田付けします。

整流子コアは、幅1/5インチ（約16分の5インチ）、長さ約12.7cm（約13cm）の細長い紙を切ることで作られます。紙の片面にシェラックを塗布し、粘着力が出るまで待ちます。その後、この細長い紙をシャフトに巻き付け、直径が1/3インチ（約16分の3インチ）になるまで巻き付けます。

ベースは普通の木片から切り出されており、約 2 インチ x 1.5 インチ x 1.5 インチ程度のブロックの形になっています。

図248.—完成したモーター。
図248.—完成したモーター。
モーターの組み立て。部品を巻く前に、紙で覆って慎重に準備する必要があります。幅1.5インチ、長さ1.8インチの細長い紙を切り、片面にシェラックを塗ります。紙が粘着性になったら、界磁磁石の上部のバーに巻き付けます。アーマチュアも同様に絶縁しますが、平らな部分全体を紙で覆うように注意してください。

界磁とアーマチュアは巻線の準備が整いました。最初の巻線がずれないように適切な予防措置を講じる必要があります。

これは、テープや紐の小片をループ状に巻き付けることで実現します。次の2周はループの端に巻き付け、端を埋め込むようにして重ねます。ワイヤーを3層に巻き付け、4層目の真ん中に来たら、別のループの端を埋め込みます。このループは4層目の端で固定し、ほどけないように固定することもできます。巻き終わったら、シェラックでコーティングします。

アーマチュアの巻き上げはやや困難です。

アーマチュアとフィールドの両方を巻くために使用されるワイヤは、25番または26番のB.＆S.ゲージの二重綿被覆ワイヤである必要があります。

アーマチュアを巻くには、まず約1.5メートルのワイヤーを切り取り、中心を見つけるために折り返します。次に、ワイヤーをアーマチュアの中心に斜めに通し、両側の長さが均等になるようにします。交差する部分には絶縁のため、ワイヤーの下に紙を置きます。次に、ワイヤーの片方の端を使って、アーマチュアの半分に4層巻き付けます。端を糸で固定し、もう半分に巻き付けます。

整流子片を形成するために、電線の端部を切断し、削り取ります。図246にその様子を示します。

図のようにワイヤーを曲げて、紙管にぴったりと合うようにします。絹糸でしっかりと固定します。2本のワイヤーが触れないように注意してください。ワイヤーの先端は、紙管の近くで切り取ります。

完了すると、アーマチュアと整流子の相対位置は図 248 のようになります。

ブラシは、ワイヤーをハンマーで数回軽く叩いて平らにすることで作られます。

ブラシは、両端を木ネジで固定した錫の細片でできた小さなクランプで固定されています。ブラシの最適な調整は、モーターに電流が流れている実際の動作条件下でのみ可能です。モーターを動作させるには、乾電池1～2本で十分です。

図249.—モーターの詳細。
図249.—モーターの詳細。
界磁巻線の一方の端はブラシの1つに接続されています。もう一方のブラシと界磁巻線のもう一方の端は、バッテリーが接続される端子を形成します。

モーターは 2 極アーマチュア型なので、電流が流れるときに指で回して始動する必要があります。

大型モータは、先ほど説明したモータとほぼ同じ方法で、ブリキ板からアーマチュアとフィールドを切り出すことで作ることができます。一方、他のモータのように曲げ加工せずに積層板で構成すると、より堅牢になります。

図 249 に示す寸法とパターンに従って、アーマチュア ディスクとフィールド積層をブリキのシート上に配置します。これらのピースは、残りの積層を配置するためのパターンとして使用されます。

図250.—完成したモーター。
図250.—完成したモーター。
薄い鉄板の上に置き、先の尖った針で輪郭をなぞります。次に、それぞれの型紙を十分な数切り取り、厚さ3/4インチ（約2.5cm）の山を作ります。

点線で示す延長部を持つ4枚の磁極板を切断します。延長部はモーターを取り付け、垂直に保持するために直角に曲げます。

アーマチュアとフィールドを組み立てるには、部品を積み重ねて整列させます。しっかりと締め付けた際に、厚さが3/4インチになるように十分な数の積層板を使用してください。

バリや粗い部分をやすりで削り取り、巻かれるまで保持するために紐で積層体を束ねます。

鉄心と接触する可能性のあるアーマチュアとフィールドの部分に、紙を数層巻き付けます。18番ゲージのB.&S.線を5～6層巻けば、フィールドコイルを形成できます。

アーマチュアには同じサイズのワイヤが 3 層または 4 層巻かれています。

整流子は、硬い木材または繊維でできた円形の部品に、薄い銅板から切り出したセグメントを取り付けて作られています。セグメントは、厚いシェラックまたは溶かした封蝋でコアに固定されます。両端は絹糸でしっかりと巻き付けて固定することもできます。

ブラシは、整流子セグメントに使用されるものと同様の薄い銅板から切り出されます。

ベアリングは、図のように曲げられた厚手の真鍮板の帯板です。両端の穴と現場の穴（AとB）に釘を通し、両端をリベットで留めることで取り付けられます。

図255に示すようにモーターを組み立てます。必要に応じて、シャフトに小さな滑車を取り付け、モーターを小さな機械仕掛けのおもちゃとして動かすことができます。モーターが適切に組み立てられていれば、2～3個の乾電池で十分な電流を供給でき、モーターを高速で回転させることができます。

ダイナモス
第17章 ダイナモス
ダイナモほど、若い実験者の領域に入り込む電気機器の中で、入念な職人技と工具設備を必要とするものはおそらく他にないでしょう。実用的なダイナモを製作するには、鋳物を旋盤で加工するための旋盤が手元にあることが必要です。

読者のほとんどが自作できないような機械を説明する代わりに、古い電話用マグネトを改造して小型ダイナモとして使えるようにする方法を以下に説明します。電話用マグネトは、ハンドジェネレータとも呼ばれ、多くの電話システムで、電話の相手側のベルを鳴らす電流を供給するために使用されています。マグネトは電話機の小さな箱の中に収められており、ハンドルだけが露出しています。電話をかけるには、受話器を上げる前にハンドルを数回素早く回転させます。ハンドルを回すと、発電機の可動部分が回転して電流を発生させ、その電流が回線を伝わって相手側のベルを鳴らします。

図251—電話用マグネット。
図251—電話用マグネット。
電話マグネトーは、大規模電話システムにおいて徐々に廃止されつつあります。これは「セントラル・エネルギー」と呼ばれる方式で、ベルを鳴らすための電流を中央局から供給することで、マグネトーの代わりを果たしています。そのため、中古品店や電気店では、電話マグネトーが大量に見つかり、元の価格のほんの一部で購入できます。50セントもあれば、一級品の中古電話マグネトーが手に入ります。筆者は、中古品店の裏庭に干し草の山ほどもある電話機の山を見ました。各電話機にはマグネトーが内蔵されており、店主は喜んで機器一式を1台50セントで売ってくれたでしょう。

このような機械を再構築する方法を説明する前に、ダイナモの原理を注意深く研究することは、時間を費やす価値があるということを読者に印象づけるのが最善です。

物理学や電気に関するほとんどすべての本、あるいは百科事典でさえ、この素晴らしい機械についての説明が載っています。この機械は、トロリー車両や電灯などを動かす電力を供給しており、実際、電信線や電話線用のバッテリーによって生成される電力を除いて、今日使用されているすべての電気を供給しています。

棒磁石を中空の電線コイルに突っ込むと、コイルに瞬間的に電流が発生することをご存じでしょう。この電流はガルバノメータと呼ばれる機器で簡単に検出できます。磁石の周囲の空間は、磁力と呼ばれる目に見えない特異な力で満たされています。磁力は一定の経路に沿って流れ、磁石自体を通り抜けて曲線を描きながら広がります。磁石の上に紙を置き、その上に鉄粉を数粒撒くと、鉄粉は磁力線に沿って動きます。

磁石を中空のコイルに差し込むと、磁力線が電線の巻き線を流れ、つまり切断すると言われています。磁力線が電線の巻き線を切断し、それが動いているときは必ず電気が発生します。コイルを磁石の上にかぶせるか、磁石をコイルに差し込むかは関係なく、磁力線が動いている限り電流が発生します。磁石またはコイルの動きが止まると、電流も止まります。

馬蹄形磁石の極の間にコイル状の電線を配置して回転させることにより、運動を連続的に行うことができ、電流を維持することができます。

図252はそのような配置を示しています。電流を取り出すためには、コイルに何らかの接続手段を設ける必要があります。コイルの両端に2つの金属リングを接続すると、ブラシと呼ばれる小さな金属片がリングに擦れることで接続が確立されます。この方式は電話用マグネトーの原理であり、すべてのダイナモの基礎となっています。

図252.—交流発電機と直流発電機の原理。
図252.—交流発電機と直流発電機の原理。
電話用マグネトには、通常、複数の馬蹄形磁石が使用されています。コイル状の電線が磁石の極の間を回転します。コイルは鉄製のフレームに巻かれており、これらをまとめてアーマチュアと呼びます。アーマチュア シャフトの端には、クランクを軸受けする大きな歯車と噛み合う小さな平歯車が取り付けられているため、クランクを回すと運動が増幅され、アーマチュアが高速で回転します。コイルまたはアーマチュア巻線の一方の端は、小さな真鍮のピンに接続されています。このピンは、シャフトの端にある硬質ゴムの絶縁ブラシに取り付けられた 2 番目のピンに接続されています。コイルのもう一方の端子は、アーマチュア自体に接続されています。したがって、機械のフレームと絶縁ピンに電線を接続することで、コイルに接続できます。

図253.—アーマチュア、整流子、ブラシの詳細。
図253.—アーマチュア、整流子、ブラシの詳細。
マグネトーの電機子には通常、B&Sゲージ36番程度の極細絹絶縁電線が巻かれています。この電線は慎重に取り外し、将来使用するためにスプールに巻き取っておきます。この電線を、B&Sゲージ24番または25番程度の一般的な綿被覆磁気電線に交換し、非常に慎重かつ滑らかに巻き付けます。巻線の一方の端を絶縁ピンにつながるピンに半田付けして接続します。このピンは、平歯車が固定されているシャフトの反対側の端にあるピンです。電線のもう一方の端を、歯車と同じシャフトの端にあるピンに接続します。このピンは接地され、フレームに接続されます。

通常の電話用マグネトーは非常に高い電圧の電流を流します。電圧は、機械の回転速度に応じて、25 から数百まで変化します。これは、電機子巻線が非常に多くの巻線で構成されているためです。電機子の巻線数が多いほど、電圧が高くなります。細い電線を多数巻いた大型の電話用マグネトーの電流、つまりアンペア数は非常に低く、ベルを鳴らしたりテストしたりする以外には使用できないほど低いです。電機子に巻く太い電線の巻数を減らすと、電圧が下がりアンペア数が増えるため、電流で小さなランプを点灯したり、他の目的に使用したりできます。巻線によってマグネトーの原理が変わるわけではなく、アンペア数と電圧が変わるだけです。

マグネトーは木製のベースボードに取り付け、テーブルにネジで固定することで、ハンドルをスムーズに回すことができます。ブラシと呼ばれる小さな銅片をベースボードにネジで固定し、絶縁ピンの先端に当てます。ブラシは電線でバインディングポストに接続します。バインディングポストにつながる2本目の電線は、マグネトーのフレームに接続します。ハンドルを素早く回すと、2つのバインディングポストから電流が流れます。

この電流は交流電流として知られており、最初に一方向に流れ、その後反転して他の方向に流れます。

機械が直流電流を流すようにするには、整流子を取り付ける必要があります。これは、マグネト発電機によっては難しい場合もありますが、ほとんどの場合、次の手順で実行できます。厚さ 3/16 インチのシート状ファイバーから、直径約 1 インチの小さなファイバー円またはディスクを切り出します。中央に、絶縁ピンが突き出ているシャフトの端にファイバーが軽く滑り込む程度の小さな穴を開けます。図 253 に示すような 2 つの小さな整流子セクションを真鍮シートまたは銅シートから切り出します。図に示す 3 つの長い耳をファイバーの周りに折り曲げ、ペンチで平らに押し付けてファイバーをしっかりと掴み、滑り落ちないようにします。1 つのセクションの 1 つの耳を、シャフトに接続する穴まで折り曲げます。整流子のもう 1 つのセクションは、はんだの滴によって絶縁ピンに接続されます。このように、巻線の一方の端は整流子の一方のセクションに接続され、もう一方の端は別のセクションに接続されます。整流子はねじれないようにシャフトの端にしっかりと固定する必要があります。セクション間の境界線は、実際のアーマチュアコイルの軸に引いた線と平行である必要があります。アーマチュアの鉄部分が回転中に馬蹄形磁石の極に最も近づくとき、整流子のスロットは水平になります。

磁石に整流子が取り付けられている場合は、電池に接続することでモーターとして動作させることもできます。ただし、発電機としてもモーターとしても動作させるには、まず一対のブラシを取り付ける必要があります。ブラシの詳細は図253に示されています。ブラシは、図のように曲げられた2枚の銅板の小さなストリップから作られ、小さな木のブロックに取り付けられています。ブラシは、整流子とブラシの間の境界線が水平になったときに、上部のブラシが上部に、下部のブラシが下部に接するように調整する必要があります。2つのブラシは機械の端子を形成し、バインディングポストに接続する必要があります。

図254.—完全なジェネレーター。
図254.—完全なジェネレーター。
ダイナモを適切に動作させ、小型白熱電球を2つ点灯させるのに十分な電流を得るには、歯車を取り外した後、軸の端に滑車を取り付けます。その後、ベルトでミシンに接続したり、タイヤを外した自転車の後輪に接続したりすることで、ダイナモを高速で駆動することができます。

完成したダイナモを図254に示します。ダイナモの電圧と電流は、使用する機械の種類、つまり電線の太さだけでなく、機械の大きさ、回転速度、馬蹄形磁石の強さにも左右されます。実際にテストして試してみるまで、電流値を正確に予測することは不可能です。

10ワットのダイナモ
ダイナモという名に値する機械を、商業的に製造されている材料や手法に頼らずに作ることがどれほど不可能であるかを、実験者の中で十分に理解している人はほとんどいないでしょう。実用的な電信機器や電話などは、ありとあらゆる雑多なものから作ることができますが、真のダイナモを作るには、他に代用できない特定の材料を使用する必要があります。

特別な場合を除き、磁場磁石は軟質のねずみ鋳鉄でなければなりません。

全体で使用されるワイヤーは高品質で新品でなければなりません。

細部に至るまで、優れた職人技が不可欠であることは、決して軽視できません。職人技が不十分だと、効率の悪い作業になってしまいます。材料と職人技が高水準に達していなければ、ダイナモは規定の出力を継続的に、そして安全に発揮することはできません。

鋳物を界磁磁石として使用するため、鋳型を作るための型取りが必要です。型取り作業は熟練した技術と知識を必要とし、通常は平均的な実験者には到底及ばないものです。界磁磁石の両端にアーマチュアが収まる空間を掘削するには、旋盤が必要です。

何人かの少年たちが協力し、型取り屋にダイナモ製作の型紙を作ってもらうことも可能かもしれません。そして、どこかの工房や技能訓練校の旋盤を使って、界磁磁石とアーマチュアを取り付け、実用的な小型ダイナモを完成させましょう。

図255.—現場鋳造の詳細。
図255.—現場鋳造の詳細。
これらの理由から、私は以下に約 10 ワットの出力の小型ダイナモについて説明しました。このダイナモの鋳物は、すべての機械加工が行われた状態で、多くの電気販売店から非常に低価格で購入できます。

図 255 に示す界磁磁石は縮尺どおりに描かれており、10 ～ 15 ワットの出力を持つ小型の「オーバータイプ」ダイナモに最適な比率を表しています。

寸法は図面によって非常に明確に示されているため、その点に関してこれ以上のコメントは不要です。

アーマチュアは「ジーメンスH型」と呼ばれるタイプです。これは製作可能な最もシンプルなタイプのアーマチュアであり、ダイナモ製作の初心者にとって最も重要な特徴です。ただし、電気的な観点からは最も効率的な形状とは言えません。この場合のアーマチュアも鋳造品であるため、型取りが必要です。

図256.—アーマチュア鋳造の詳細。
図256.—アーマチュア鋳造の詳細。
フィールドとアーマチュアの型は、図255と256に示すように、同じ大きさと形状です。これらは木製で、目の細かいサンドペーパーで完全に滑らかになるまで磨いた後、シェラックでコーティングして仕上げます。また、型から型を取り出す際にスムーズに取り出せるよう、部品にはわずかな「抜き勾配」、つまり片側に向かって先細りの勾配が付けられています。

鋳型は鋳造工場に引き渡され、「フラスコ」と呼ばれる鋳型砂が詰まった箱に丁寧に詰められます。鋳型が適切に引き抜かれると、砂の中に完璧な型跡が残ります。鋳型は閉じられ、溶けた鉄が注がれます。鉄が冷えると、洗浄と穴あけを除いて鋳物は完成します。

シャフトは直径 3/16 インチ、長さ 4.5 インチの鋼棒です。

アーマチュアが嵌合する磁界部分は、直径1.5インチ（約16.3cm）まで穴あけ加工されています。この作業は、切削が強すぎて磁界磁石を破損しないよう、細心の注意を払って行う必要があります。

図257.—整流子の詳細。
図257.—整流子の詳細。
アーマチュアの直径は、界磁磁石間のトンネル内を回転する直径より1.25インチ（1/16インチ）小さくする必要があります。アーマチュアの中心は、シャフトに合うように穴が開けられています。

図257は、「ジーメンスH」型​​アーマチュアに取り付ける2つの部品からなる整流子を示しています。この整流子は、ファイバーコアに取り付けられた短い真鍮管で構成され、両端で長さ方向に分割されているため、各部品は互いに絶縁されています。

ファイバーにシャフトにぴったり合うように穴を開けます。次に旋盤にセットし、適切な真鍮管が容易に挿入できるまで削ります。

次に、チューブの直径の反対側に2本の線を引いてください。それぞれの線から少し離れた両側に、極小の木ネジを差し込むための小さな穴を2つ開けてください。ネジは皿ネジを使用してください。どのネジもファイバーコアに深く入り込み、シャフトに触れないようにすることが重要です。

次に、整流子をネジの間の線に沿って金ノコで切り分けます。ノコギリで切り込みを入れ、真鍮を貫通させて絶縁コアまで少し切り込みます。整流子の各セクションの間には、ぴったり合うファイバー片を接着して取り付けます。

これで整流子は調整され、完全に滑らかになるはずです。

図258.—アーマチュア巻線を整流子に接続する方法を示す図。
図258.—アーマチュア巻線を整流子に接続する方法を示す図。
整流子には、図 257 に示すように、各セクションの端近くに小さな真鍮製の機械ネジがねじ込まれています。これらのネジは、電機子巻線の端を受け止め、接続を容易にするためのものです。

整流子、シャフト、アーマチュアは、図 258 に示すように組み立てられます。

アーマチュアは小さな止めネジまたはピンでシャフトに固定されます。整流子は、滑ったりねじれたりしないように、シャフトにしっかりと固定する必要があります。

アーマチュア巻線が接触するアーマチュアとシャフトのすべての部分は、シェラックに浸して柔らかくした紙で絶縁する必要があります。アーマチュアは巻線の前に乾燥させる必要があります。

次に、アーマチュアに20番B.&S.ゲージの単線綿被覆マグネットワイヤを巻きます。巻線スペースを完全に埋め尽くすのに十分な量のワイヤを巻き付けます。ただし、ワイヤを巻きすぎると界磁磁石に干渉し、アーマチュアが回転しなくなるため、注意が必要です。アーマチュアを巻き付けた後、ワイヤが鉄心と完全に絶縁されていることを確認するために、慎重にテストしてください。

図259.—木製ベースの詳細。
図259.—木製ベースの詳細。
断熱が適切であれば、アーマチュア全体に厚いシェラックワニスを塗り、温かいオーブンで焼いてシェラックを固めます。

図258は、巻線の構成と接続方法を示した図です。巻線は、アーマチュアが通常の電磁石であるかのように、常に同じ方向にアーマチュアの周りに巻かれます。

巻線の端は、ワイヤを削ってネジの下に置くことで、整流子セクションのそれぞれに接続されます。

界磁磁石の巻線スペースはシェラックで覆われ、コアを紙片で包み、ボビンの端を2つに割った円形片で覆うことで茶色の紙で絶縁する必要があります。

界磁磁石には、20番B.&S.ゲージの単線綿被覆線が巻かれています。線は滑らかで均一な層になるように巻き付け、巻線スペースを完全に埋めてください。

図260.—滑車とベアリング。
図260.—滑車とベアリング。
ダイナモの土台は、長さ 5 インチ、幅 4 インチ、厚さ 5/8 インチの硬い木片です。

ベアリングは、図 260 に示す寸法の小さな真鍮鋳物です。まず木型を作り、それを鋳造所に送って鋳造してもらう必要があります。

ベアリングは、厚さ 8/32 インチの機械ネジを使用して、フィールド鋳物の突出アームに固定されます。

アーマチュアがトンネル内でスムーズに確実に動くまで、界磁磁石をベースにねじ止めしないでください。

ブラシは、図 261 に示す形状と寸法に従って、薄い銅板から作られています。

これらは直角に曲げられ、小さな丸頭の木ネジで整流子の両側のベースに取り付けられています。

完成したダイナモを図 262 に示します。シャフトの一方の端には、小さな革ベルトを収容するための小さな滑車が取り付けられています。

図261.—ブラシ。
図261.—ブラシ。
ダイナモは「シャント」マシンとして接続されます。つまり、界磁磁石の 1 つの端子がブラシの 1 つに接続され、他の端子が他のブラシに接続されます。

次に、各ブラシからバインディングポストまでワイヤが導かれます。

シャントダイナモは、特定の方向に通電した場合にのみ発電します。反対方向に通電した際に発電させるには、界磁の接続を逆にする必要があります。

今説明したダイナモは、10 ～ 15 ワットの出力を持ち、約 6 ボルト、1 3/4 ～ 2 1/2 アンペアを供給する必要があります。

ダイナモからの電流を確保するには、まず複数のバッテリーに接続して磁場を磁化する必要があります。

長い木製の台座に取り付けられたジュニアダイナモ
ジュニアダイナモは長い木製の台座に取り付けられ、クランク付きの溝付きホイールにベルトで固定されており、手回しで高速回転させることができます。図には、ダイナモに接続された小型の白熱電球も示されており、クランクを回すと電球が点灯します。
ダイナモは非常に効率的な小型モーターとしても動作しますが、2 極のアーマチュアを備えているため、シャフトをひねって起動する必要があります。

図262.—完成したダイナモ。
図262.—完成したダイナモ。
小型ランプの点灯や電気メッキなどの発電機として使用できますが、2極アーマチュアを備えているため、蓄電池の充電には使用できません。

発電機は、小型の水力モーターまたはミシンの駆動輪で駆動することができます。

機械がダイナモとして発電する前に、まずバッテリーに接続し、モーターとして動作させる必要があります。これにより、磁界に「残留磁気」が生じ、これが機械が自ら電流を生成するために必要な状態になります。

電気鉄道
第18章 電気鉄道
冒険好きな少年にとって、鉄道車両や列車ほど心に浮かぶおもちゃはありません。イギリスでは、ミニチュア鉄道の建設と運行は少年だけでなく大人の趣味でもあり、その規模はイギリスではほとんど評価されていません。

多くの少年にとって、ミニチュア鉄道システムを所有するだけでなく、実際に作ることは最大の夢です。しかし、どういうわけか、これまで少年たちの論文や本には、この興味深いテーマに関する情報は一切掲載されていませんでした。図263に示す車両は、必要な注意と忍耐力さえあれば、どんな少年でも簡単に作ることができます。

最初の作業は、車の床を切り出すことです。これは長方形の硬い木材で、長さ8インチ、幅3.25インチ、厚さ1.5インチです。正確な形状と寸法は図264に示されています。

床に開けられた長方形の穴により、車輪を駆動するベルトがカウンターシャフトから車軸まで伝わります。

図263.—乾電池で動く完全な電気鉄道。
図263.—乾電池で動く完全な電気鉄道。図277に示す木製導体を介して、電池からの電線がレールに接続されていることに注目してください。
ホイールベアリングを形成する 2 つの部品は、図 265 に示す形状と寸法に従って真鍮板から切り出されます。真鍮の厚さは 1/16 インチです。上部の 2 つの突出部分は、穴に小さなネジを通すことで車体床の裏側に取り付けられるように、直角に曲げられています。ホイールが取り付けられる車軸の端のベアリングを形成する穴は、3 インチ離して配置する必要があります。ホイールと車軸が準備されるまでは、ベアリングを車体床の裏側の所定の位置に配置することはできませんが、この作業が完了したら、ベアリングが一列に並び、互いに正確に反対側に来るように注意する必要があります。

図264.—車両の床の詳細。
図264.—車両の床の詳細。
車輪自体は、旋盤がなければ若い実験者自身で作ることはできません。直径1.8インチ（約3.7cm）のフランジ付き車輪で、鋳鉄または真鍮から削り出されます。このような車輪は既製品を購入するか、壊れたおもちゃから適当なものを作ることも可能です。

図265.—車輪と車軸を支えるベアリングの詳細。
図265.—車輪と車軸を支えるベアリングの詳細。
各シャフトは、2本の「ベッセマー」ロッドで構成され、両端に穴が開けられた短いファイバーロッドで接合されています。このファイバーロッドの両端には、各鉄ロッドの片方の端が差し込まれています。車輪は、これらの各ロッドのもう一方の端にぴったりと収まります。車輪は、2インチ間隔のレール上を走行するように間隔をあけて配置する必要があります。

図266.—車輪と車軸。
図266.—車輪と車軸。
ファイバーロッドの目的は、車軸の半分を互いに絶縁することです。車両を動かす電流は、線路を形成する2本のレールによって運ばれます。もし車軸が一体型であったり、2本の半分が電気的に接続されるように接合されていたりすると、電流がモーターを通らずに2本のレールに沿って車軸を横切るため、電流を供給するバッテリーが短絡してしまいます。

1 対の車輪には直径 1 インチの溝付き滑車が取り付けられています。

車輪と車軸が完全に一直線になって真っ直ぐに動く必要があることは言うまでもありません。

図267.—モーター。
図267.—モーター。
車の駆動に使用するモーターは、既製品を購入する方が満足のいく結果が得られます。図267に示すようなセルフスタート式の3極モーターが適しています。木製の台座を取り外し、モーターを図268のように車の床にしっかりとネジで固定します。

モーターの 1 つの端子はベアリングの 1 つに接続され、もう 1 つの端子は他のベアリングに接続されます。

モーターはカウンターシャフトにベルトで連結されており、車を動かすのに十分な動力を得られます。小型モーターは回転速度が速すぎるため、回転力（トルク）が比較的小さいため、車軸に直接接続したりベルトで連結したりすることはできません。車を駆動させるには、速度を下げてトルクを増加させる必要があります。

カウンターシャフトは、車軸に取り付けられた 2 つの溝付きプーリーで構成されています。このプーリーは、車体の床に取り付けられた 2 つのベアリングで回転します。ベアリングは、厚い真鍮板のストリップで作られており、直角に曲げられて小さなネジで車体の床に固定されています。大きいプーリーAの直径は 1.5 インチで、小さいプーリーBの直径は 5/16 インチです。カウンターシャフトは、小さいプーリーBから一対の車輪の車軸に取り付けられたプーリーまでベルトが通るような位置に取り付けられています。また、モーターの小さいプーリーからカウンターシャフトの大きいプーリーAにもベルトが通されています。すべてのプーリーは、ベルトが溝内を滑り落ちる危険なく回転するように注意深く一列に並べる必要があります。

図268.—車体を除いた自動車の完全なトラック。
図268.—車体を除いた自動車の完全なトラック。
車両の両端のプラットフォームに設置されたシールドは、鉄板またはブリキで作られています。底部にある2つの小さな突起は直角に折り曲げられており、小さな鋲を車両の床に打ち込むことでシールドを固定します。

各プラットフォームの両側にあるステップも、鉄板またはブリキの細片を曲げて、小さな釘または画鋲で車両に固定して作られています。

連結器は錫の細片で構成されており、その端には小さなフックがはんだ付けされており、必要に応じてトレーラー車両を取り付けることができます。

図269.—車両の側面と端部のパターン。
図269.—車両の側面と端部のパターン。
車はテストの準備が整いました。車輪が自由に回転するように手に持った状態で、乾電池2個があれば十分な速度で走行できます。電池から伸びる2本のワイヤーをベアリングに接続し、各ベアリングに1本ずつ配線します。ただし、車がコース上で車輪を適切に駆動するには、2本以上のバッテリーが必要になります。すべての可動部が自由かつスムーズに回転する必要があります。車はそのままでも使用できますが、ボディと幌を取り付けると、よりリアルな外観になります。

車体の側面と端部は鉄板またはブリキで作られています。図269はこれらの部品の型紙と寸法を示しています。長さ18.5インチ、幅3.75インチの金属板1枚から作ることができます。ドアと窓は金属用はさみで切り取ります。上部の小さな突起は直角に曲げられ、屋根がそこに固定されます。点線はこれらの突起を曲げる位置と、車体の側面と端部を示しています。

図270.—車の屋根。
図270.—車の屋根。
屋根は2つの部分から成り、これも鉄板またはブリキ製です。屋根本体は長さ8インチ、幅4インチです。中央には長さ5.5インチ、幅1.3/4インチの穴が開けられています。デッキを支えるため、また模造の通風孔を形成するために、いくつかの小さな突起が残され、上方に曲げられています。デッキは長さ6インチ、幅2.4インチです。屋根の上に設置され、はんだ付けで固定されます。屋根は車体の側面と端にはんだ付けで固定されます。車体前部と後部の上部の曲線に沿うように、屋根をわずかに曲げる必要があります。

図271.—完成した車。
図271.—完成した車。
完成した車は図 271 のようになります。

トラックは滑らかなバネ鋼で作られており、幅は 1/2 インチ、厚さは 20 番ゲージまたは 22 番ゲージです。

図272.–木製ネクタイの詳細。
図272.–木製ネクタイの詳細。
木製の枕木は長さ3.5インチ、幅3.25インチ、厚さ3.8インチです。各枕木には、上面に2インチ間隔で鋸引きの切れ目が2つあります。この作業は、枕木全体に正確に直角に切れ目を入れるために、マイターボックスを使用するのが最適です。鋼鉄製のレールがぴったり収まるサイズの鋸を使用してください。

線路の 2 本のレール間の距離、つまり「ゲージ」と呼ばれる距離は 2 インチです。

図273.–トラックの配置。
図273.–トラックの配置。
線路は図273のように組み立てます。バネ鋼は、枕木の鋸切りに軽い木槌で叩き込み、押し込みます。枕木は線路に沿って約7.6cm間隔で配置します。線路敷設作業は、車輪がどこかで引っ掛からないよう、細心の注意を払って行わなければなりません。カーブは急すぎると、車が通り抜けられなくなります。

線路はさまざまな形状にレイアウトできます。そのうちのいくつかを図 274 に示します。

図 274.—トラックをレイアウトするための 3 つの異なるパターン。
図 274.—トラックをレイアウトするための 3 つの異なるパターン。
円形の線路は最も簡単に作れる形状です。円形や曲線状の線路を敷設する場合、外側のレールは内側のレールよりも必ず長くする必要があります。

楕円形は、多くの場合、特に円よりも長い経路を車が走行することが望ましい場合に、軌道を設定するための非常に適した形状です。

図275.—クロスオーバーのベースの詳細。
図275.—クロスオーバーのベースの詳細。
線路を8の字にするには、交差部、あるいは「クロスオーバー」と呼ばれる部分が必要です。これは図275に示されています。クロスオーバーは、2本の線路が干渉なく交差できるようにします。クロスオーバーは、8インチ四方、厚さ3/8インチの木製ベースで構成されます。図に示すように、ベースの上面に、互いに直角に、2インチ間隔で正確に平行に4本の鋸引きを入れます。

クロスオーバーに使用されているレールは、半硬質のフープ真鍮製で、幅は1/2インチ、鋼製レールと同じゲージです。真鍮は鋼よりも曲げやすいため、このレールが使用されています。鋼製レールを直角に曲げると、折れてしまうことは事実上不可能です。

真鍮の板を4枚、それぞれ長さ5インチ（約13cm）で、中心で直角に曲げます。さらに、短い板を4枚、それぞれ長さ1.5インチ（約3.5cm）で用意します。

図276.—完成したクロスオーバー。
図276.—完成したクロスオーバー。
渡り線は図276に示すように組み立てられます。Dでマークされたストリップは、非常に薄い真鍮または銅板のストリップです。これらのストリップの目的は、渡り線上の線路の両端を8の字を形成する線路の両端に接続し、渡り線が「デッド」セクション、つまり車両が電流を全く受けられない線路セクションにならないようにすることです。

図でA 、A 、B 、Bとマークされ、互いに直角に曲げられた長いストリップは、Dとマークされたストリップ上のベースの鋸の切り込みに押し込まれます。

小さな部品C 、C 、C 、Cを長いストリップの間に配置し、車輪のフランジが通れるように隙間を空けます。部品C 、C 、C 、Cは、角が開いた正方形を形成します。2つの長いストリップ A 、Aは、正方形の対角線上の反対側の角に位置します。BとB は、他の角で同じ相対位置を占めます。AとAは互いに接続され、 BとB はベースの下側を通るワイヤーで接続されます。

8 の字を形成するトラックの端は、ベースの端にある鋸の切り込みに押し込まれ、Dとマークされた小さなストリップと良好な電気的接続を形成します。

8の字型の線路を敷設する際には、電池がショートする危険があるため、細心の注意が必要です。図ではBで示されている8の字型の外側のレールは、渡り線で接続する必要があります。Aで示されている内側のレールも、渡り線で接続する必要があります。

システムのレイアウトに 2 つ以上の線路セクションを使用する場合、レールの端間の機械的および電気的接続を良好にするには、レールをはんだ付けするか、図 277 に示すようなコネクタを使用する必要があります。

これは、上面に鋸で切れ目を入れた小さな木片と、その切れ目に薄い真鍮板をはめ込んだ構造です。2本のレールの両端を突き合わせて配置し、コネクタの1つを下から差し込んでレールに押し込みます。木片に埋め込まれた薄い真鍮板は、2本のレール間の電気接続を確立するとともに、レールをしっかりと固定する役割を果たします。レールの外側に小さなネジとワッシャーを置き、真鍮板を貫通させることで、バッテリーケーブルを簡単に接続できます。

図277.—レールの端を接合するためのコネクタ。
図277.—レールの端を接合するためのコネクタ。
鉄製のレールは、錆びるのを防ぐため、またカーブを通過する際に車輪のフランジがレールに擦れる部分で車両がよりスムーズに走行できるようにするために、時々機械油またはワセリンで拭く必要があります。

車を適切に動作させるには、乾電池4個または蓄電池3個で十分です。必要であれば、バッテリー回路に小型の可変抵抗器を組み込むことで、車の速度を自由に変化させることができます。モーターと車輪には、摩擦なく回転するように丁寧にオイルを差し込んでください。ベルトは、摩擦が生じるほどきつく締めすぎたり、モーターが滑るほど緩すぎたりせず、モーターがスムーズに回転し、車輪に動力を伝達するように調整してください。

小型の電流逆転装置を取り付けることで車を後進させることができますが、慎重に製作しないと接触不良による電力損失の危険性が極めて高くなります。車に逆転装置を取り付ける場合は、ハンドルを車体から突き出し、指が届きやすい位置に配置して、車を自由に前後に動かすようにしてください。

このような鉄道システムは、路線に複数の車両を追加したり、橋や駅などの設備を追加したりすることで、精巧にしたり拡張したりすることができます。

図278.—車両がレールから外れないようにするためのバンパー。
図278.—車両がレールから外れないようにするためのバンパー。
線路の盲点部分、つまり車両が戻ることができる円やカーブの一部ではない直線部分の端には、車両がレールから外れないように線路バンパーを取り付ける必要があります。

図279.—鉄道橋の設計図。
図279.—鉄道橋の設計図。
図 279 と 280 は橋と駅の設計を示していますが、寸法は示されていません。これは、鉄道システムを拡張する規模に応じて寸法を決定するのが最善であるためです。

図280.—鉄道駅の設計。
図280.—鉄道駅の設計。
橋も駅もとてもシンプルです。橋は鉄製のレールを除いてすべて木で造られています。

駅舎はシガーボックスのような薄い木材で作られるかもしれません。ドアや窓などは壁にペイントされるかもしれません。丁寧に仕上げれば、駅舎の外観は非常にリアルになります。

ミニチュア照明
第19章 ミニチュア照明
ミニチュア照明は、若い実験家にとって多くの興味深い可能性を秘めた分野です。この分野に労力を費やすことで、本書で解説されている他のほとんどのものよりも、実用面においてはるかに有用な成果が得られるでしょう。

電池で動く小型ライトは、マッチや灯油ランプに伴う危険や煩わしさなしに、暗い隅、廊下、または一時的に明かりが必要なその他の場所を照らすなど、さまざまな用途に使用できます。

ミニチュア照明が実用化されたのは、タングステンフィラメントランプの登場によるものです。タングステンランプでは、フィラメント（球状の内部にある導線）はタングステンでできており、通電すると熱くなり光を発します。初期のランプでは、フィラメントは炭素でできていました。炭素ランプは現在ではほとんど使用されておらず、タングステンランプに比べて非常に効率が悪いです。

カーボンランプは1カンデラあたり約3.5ワットの電流を消費しますが、小型のタングステンランプは1カンデラあたり約1ワットしか消費しません。そのため、タングステンランプはカーボンランプの3倍の効率を持ち、同じ電圧の電池を使用すると、カーボンランプに必要な電流の3分の1で同じ光量を得ることができます。

図281.—小型炭素電池ランプ。
図281.—小型炭素電池ランプ。
図281に示すようなカーボンランプは、様々な電圧で製造されています。カーボンランプを実際に製造できる最低電圧は3.5ボルトです。3.5ボルトのカーボンランプは、懐中電灯用電池などの小型乾電池で動作するように設計されています。乾電池の起電力は約1.5ボルトですが、懐中電灯用の小型乾電池を3個直列に接続してランプを点灯させると、電圧が「低下」し、利用可能な起電力は約3.5ボルトになってしまいます。

4ボルトのカーボンランプは、小型の乾電池ほど電圧が低下しにくいため、大型の乾電池または湿電池で点灯するように設計されています。以下の表は、ほとんどの電気店や資材店で在庫されている各種小型カーボンランプの電圧と灯光量を示しています。

ミニチュアカーボンバッテリーランプ

懐中電灯用電池3.5ボルト
4ボルト、2カンデラ
懐中電灯用電池5.5ボルト
6ボルト、2カンデラ
6ボルト、4カンデラ
8ボルト、4カンデラ
10ボルト、6カンデラ
タングステンランプは1.5Vという低電圧でも点灯でき、乾電池1個で点灯します。電圧範囲は非常に広く、多様です。以下に、最も一般的なサイズをいくつか示します。

ミニチュアタングステン電池ランプ

乾電池1本あたり1.5ボルト
2セル懐中電灯用電池の場合2.5ボルト
2セル懐中電灯用電池の場合2.8ボルト
3.5ボルト。3セル懐中電灯用電池
3.8ボルト。3セル懐中電灯用電池
4ボルト、4カンデラ
6ボルト、2カンデラ
6ボルト、4カンデラ
6ボルト、6カンデラ
6ボルト。8-10-12-16-20-24カンデラ
図282.—小型タングステン電池ランプ。
図282.—小型タングステン電池ランプ。
タングステン電球が電池から引き出す電流のおおよその値を求めるには、燭光（カンデラ）を電圧で割ると、アンペア単位の電流値が得られます。例えば、6V、2cpの電球の場合、2÷6、つまり1/3アンペアの電流が必要です。

6 カンデラを超える光を発する 6 ボルトのタングステン ランプは、蓄電池でのみ使用され、主に自動車の照明に使用されます。

タングステン ランプのフィラメントはカーボン ランプのフィラメントよりもはるかに長く、通常は図 282 に示すように螺旋状またはらせん状になっています。

電池式ランプのベース（ランプの下部、真鍮製でソケットまたはレセプタクルに取り付けられる部分）には、 ミニチュア、シャンデリア、エディスワンの3 つのスタイルがあります。

図283.—ミニチュア、カンデラブラ、エディスワンベースがそれぞれ取り付けられたランプ。
図283.—ミニチュア、カンデラブラ、エディスワンベースがそれぞれ取り付けられたランプ。
ミニチュアベースとキャンデラブラベースは、外側にネジ山付きの真鍮シェル、底部に小さな真鍮製の接点ボタンが付いています。サイズ以外は似ています。ミニチュアベースはキャンデラブラよりも小さいです。エディスワンベースは、側面に2本のピン、底部に2つの接点が付いたシンプルな真鍮シェルです。このタイプのベースは、国内では自動車にのみ使用されています。ミニチュアベースとキャンデラブラベースは、バッテリー照明の標準です。ミニチュアベースは、若い実験者にとってキャンデラブラよりも多くの利点があり、本章で説明する装置を作る際にも採用すべきです。これら3つのベースを図283に示します。

図284.—ミニチュア平底磁器容器。
図284.—ミニチュア平底磁器容器。
ランプと電源線を良好に電気的に接続するには、何らかのレセプタクルまたはソケットが必要です。この目的で最も一般的なのは、図284に示すような小型の平底磁器製レセプタクルです。このタイプのレセプタクルは、2本の小さなネジでしっかりと固定できる場所で使用されます。

図285.—耐候性およびピンソケット。
図285.—耐候性およびピンソケット。
図285に示す器具は、それぞれ磁器製耐候性ソケットとピンソケットと呼ばれます。耐候性ソケットに似たソケットも木製です。耐候性ソケットは、ポーチなど、屋外で照明器具を露出させる場所で使用されます。小さな金属部品は磁器で密封され、完全に保護されています。

ピンソケットと木製ソケットは、主にクリスマスツリーや、ランプを飾り紐で吊るす装飾品に使用されます。平底ソケット、ピンソケット、そして木製ソケットは、この章で後述する器具を作る際に非常に役立ちます。

小型照明システムで電流を流すために使用される電線は、屋内のみで配線する場合は、アナンシエータ電線または オフィス電線と呼ばれる種類のものを使用できます。電線は、B&Sゲージ16番より細いものは使用できません。屋外、ポーチ、または風雨にさらされるその他の場所に配線する場合は、ゴム被覆の電線を使用する必要があります。吊り下げ式照明や調整可能な照明は、「フレキシブル導体」に接続する必要があります。これは、非常に細い電線を複数本編み込み、絹で絶縁したものです。照明システムで使用する電線は、いかなる場合でも必要以上に長くしてはいけません。電池を電線システムに接続すると、電線の端部の電圧は電池付近の電圧よりもはるかに低くなります。これは電圧「降下」と呼ばれ、電線が長くなるにつれて大きくなります。 2 本の非常に長いワイヤの端にライトを取り付けても、同じバッテリーに短いワイヤで接続した場合ほど明るく点灯しません。

スイッチは第7章の提案に従って作ることができます。適切なスイッチはほとんどの電気店で数セントで購入でき、はるかにすっきりと効率的です。図286に示すタイプのいずれかが理想的です。

小型照明に使用する電池は、蓄電池、乾電池、または炭素円筒電池のいずれかです。実験者が充電または充電を行える便利な手段を備えている限り、蓄電池が最も適しています。1つの電池で複数の照明を点灯させたい場合には、蓄電池が特に役立ちます。

炭素円筒電池は、一度に1つの電池のみを点灯させる場合にのみ適しています。複数の電池を使用すると、電池が分極しやすくなり、ランプが明るく点灯しなくなります。炭素円筒電池は交換費用が非常に安く、小型のタングステンランプを点灯させる最も安価な方法となります。

図286.—小型照明に適した電池スイッチの種類。
図286.—小型照明に適した電池スイッチの種類。
2 アンペアを超える電流を必要とするランプを乾電池で動作させる場合は、図 69 に示すように、乾電池を複数直列に接続する必要があります。乾電池を 2 セット直列に接続すると、1 セットの 2 倍以上の電流を供給できます。

バッテリーとランプの両方に適切な電圧が使用されている限り、ランプは複数個または直列に接続できます。

ランプを複数接続する場合、ランプの電圧は電池の電圧と同じにする必要があります。直列に接続する場合、ランプの電圧と使用個数を掛け合わせた値が電池の電圧に等しくなければなりません。例えば、6ボルトの蓄電池で6ボルトのランプを複数個使用したいとします。この場合、ランプは複数接続する必要があります。しかし、2ボルトのランプしか使用せず、そのうち3個を6ボルトの電池で動作させたい場合には、ランプを直列に接続する必要があります。

図287.—ランプを複数接続する方法。
図287.—ランプを複数接続する方法。
図288.—ランプを直列に接続する方法。
図288.—ランプを直列に接続する方法。
ランプとスイッチを2つ配置し、どちらかのスイッチから独立してランプのオン/オフを切り替えられるようにすることが望ましい場合があります。これは「3方向配線」と呼ばれ、廊下の照明配置に非常に便利な方法です。1つのスイッチを階段の最上部に、もう1つのスイッチを最下部に設置すれば、階段を上り下りする人がランプを点灯させ、最後のスイッチを通過した時に消すことができます。前のランプ使用者がどの方向に通ったかは関係ありません。

スイッチは2点スイッチであり、回路は図289のように配置する必要があります。

図に示すように、スイッチ レバーは常にいずれかの接点の上に置かれ、その間に残されないようにしてください。

図289.—3方向配線図。ライトはどちらのスイッチからも消灯または点灯できます。
図289.—3方向配線図。ライトはどちらのスイッチからも消灯または点灯できます。
図では、接点が隠れないようにそのように表されています。

図 290 に示すような真鍮製の小型ブラケットは多くの電気店で販売されており、ミニチュア照明設備に非常にリアルな外観を加えます。

図290.—ミニチュア照明用のランプブラケット。
図290.—ミニチュア照明用のランプブラケット。
ブラケットは、図291に示す設計図に基づいて製作できます。図に示す形状に曲げた真鍮管の先端に、木製のソケットまたはピンソケットを取り付けます。管のもう一方の端は、ブラケットを壁に取り付けるための木製ブロックに差し込みます。ソケットからの配線は、真鍮管を通り、木製ブロックの背面または上面から引き出されます。

図291.—自家製ブラケット。
図291.—自家製ブラケット。
図 296 に示すように、木製のソケットと反射板付きのランプを取り付けることで、吊り下げ式の照明器具を設置できます。反射板は、小型ランプのベースを通せる大きさの穴が中央に開けられた、円形のブリキまたはアルミニウム板です。次に、円周から中心に向かって直線で円を切ります。縁を寄せて重ね合わせると、円形の金属板は凹型になり、光を下向きに投射するシェードまたは反射板になります。反射板の重なり合った縁は、はんだ付けまたはリベット留めします。反射板をランプのベースにかぶせますが、その際、反射板がランプを壊さないように、ガラス球の横のベース上に小さなゴムまたはフェルト製のワッシャーを置きます。次に、ランプをソケットにねじ込み、柔軟な導体から下向きに吊り下げます。

図292.—吊り下げランプ。
図292.—吊り下げランプ。
反射板の縁に約1/3インチ間隔の小さな穴を無数に開け、そこから短いビーズの紐を吊るすと、とても美しい効果が得られます。ビーズは反射板の縁に垂れ下がるフリンジを形成し、ガラス製であれば美しい輝きを放ちます。図293は反射板の作り方を示しています。

図293.—反射鏡の作り方。
図293.—反射鏡の作り方。
小型照明器具の電池は、クローゼットの中、階段の下、あるいはその他の人目につかない場所に設置できます。そこから配線を廊下、クローゼット、地下室の階段、浴室のシェービングミラーの上、あるいは一時的に明かりが必要になる暗い隅など、家の様々な場所に延長できます。配線は額縁の裏や床下地に沿って配線すれば、ほぼ完全に目立たなくなります。

図294.—手提げランタンなどに使用する3セル乾電池
図294.—手提げランタンなどに使用する3セル乾電池
図294に示すように、段ボール箱に3個の小型乾電池を収納した小型電池が 市販されており、サイズやメーカーによって異なりますが、30セントから40セント程度で購入できます。このタイプの電池の中で最も便利で実用的なサイズの電池の一つは、図に示す寸法のもので、これを使えば、携帯用電球など、非常に便利な電気製品や家庭用品を数多く作ることができます。これらの電池は非常に小型で、非常に小さな電球を点灯させることを目的としています。1つの電池で一度に点灯できる電球は1つだけにし、長時間点灯させないでください。これらの電池の中には、断続的に10時間から14時間点灯できるものもありますが、連続点灯させた場合、最大で約5時間しか点灯しません。一度に数分間だけ使用し、その後は電気を消して電池を回復させる方がはるかに賢明です。

電気ハンドランタンは、とても便利で、作り方も簡単です。図295に示すような、3セル電池を収納できる大きさの木箱でできています。箱の背面は蝶番で開閉し、フックで固定することで、電池を簡単に取り外して交換できます。

図295.—電気ハンドランタン。
図295.—電気ハンドランタン。
ランタンの前面には3.5ボルトのタングステンランプが取り付けられており、電池とスイッチに接続することで、点灯・消灯を自由に切り替えられます。スイッチは箱の上部に配置されているため、ランタンを持ち運ぶのと同じ手の指で点灯・消灯を切り替えることができます。持ち運びに便利なように、ランタンの上部には革製のストラップが取り付けられています。

図 296 に示すルビー ランタンは、先ほど説明したランタンと配置が多少似ており、手持ちランタンとしても、写真現像用のルビー ライトとしても使用できます。

図296.—電気ルビーランタン。
図296.—電気ルビーランタン。
3セルの乾電池を収納する木箱で構成されており、持ち運びに便利なハンドルが付いています。箱の側面には、ランプのオン/オフを切り替えるスイッチが付いています。

照明は3.5ボルトのタングステンランプで、図に示すように傾斜した木の板の前面に設置され、光は下向きに照射されます。箱の側面と底面には、前面の縁近くに溝が切られており、ルビーガラスを挿入することができます。この目的のためのルビーガラスは、写真用品を扱うほとんどの店で購入できます。

上部にはシールドが付いており、ガラスを取り付けた後、4つの小さなフックで固定します。このシールドは、ガラスと箱の上部の隙間から白色光が漏れるのを防ぐために使用されます。この種のルビーランプは、ルビーガラスを通過した光だけが放出されるように、完全に「遮光」されていなければなりません。白色光が漏れると、曇りが発生し、現像中の写真が台無しになる可能性があります。

図297.—ガラスとシールドを取り除いた電気ルビーランプ。
図297.—ガラスとシールドを取り除いた電気ルビーランプ。
図297に示すように、ルビーガラスとシールドを取り外すと、手持ちランタンとして使用できます。電池が消耗した場合に交換できるよう、箱の背面は取り外し可能な構造にする必要があります。

図 298 に、夜間でも不便なく時刻がわかるように時計の文字盤を照らすように配置されたナイトライトを示します。

図298.—夜間に時刻を知らせる電気常夜灯。
図298.—夜間に時刻を知らせる電気常夜灯。
平らな木箱の中に3セルの乾電池が収められており、前面上部には3.5ボルトの小型タングステンランプが取り付けられ、その後ろに時計を置くスペースがあります。電池とランプはスイッチに接続されており、点灯・消灯が可能です。長く柔軟なワイヤーと「梨型プッシュ」式の押しボタンを取り付けることで、ライトをテーブルの上に置き、押しボタン付きのワイヤーをベッドまで引き回すことができ、夜中に起き上がることなく時刻を確認することができます。箱の底は取り外し可能な構造になっており、古い電池が消耗した際に新しい電池を挿入することができます。

ウォッチライトは、先ほど説明した時計用ライトと多くの点で似ていますが、より小型です。懐中電灯用の3セル電池がちょうど収まる大きさの箱でできています。真鍮の棒をフックまたはクレーンの形に曲げ、そこに時計を吊り下げます。

図299.—監視灯。
図299.—監視灯。
光は、時計前面のボックス上部に取り付けられた3.5ボルトのタングステン電球から供給されます。必要に応じて、小さなシェードや反射板を取り付け、光が目に当たらないように文字盤のみに照射されるようにすることもできます。こうすることで、時計の文字盤上の数字がより鮮明に見えるようになります。

ランプは、箱の上部にある穴に差し込まれた小さな木製ソケットまたはピンソケットに取り付けられており、配線は隠されています。箱の前方の角の一つに小さな押しボタンがあり、押すとランプが点灯します。箱の右下隅に取り付けられた2つの小さな端子は、スイッチの端子間に直接接続されています。これにより、フレキシブルケーブルと押しボタンを接続し、遠くからランプを操作することができます。

電気スカーフピンは、ポケットナイフの扱いに長けた少年なら、ほとんど誰でも作ることができます。ピンの素材は、骨片、象牙、海泡石などです。ペンナイフの鋭い先端で形を彫り、頭蓋骨、犬の頭、フクロウ、その他シンプルな形にすることができます。内部は「エンドウ豆」型のランプをはめ込むようにくり抜かれています。図300に示すように、コードとプラグが付いたエンドウ豆型のランプは、ほとんどの電気店で購入できます。ランプは直径約1/8インチの小型炭素電球です。人形の目、鼻、口には小さな穴が開けられており、ランプを点灯すると穴から光が漏れます。人形は半透明で美しく光る程度の厚さに彫る必要があります。

図 300.—フレキシブルワイヤとプラグを取り付けた「エンドウ豆」ランプ。
図 300.—フレキシブルワイヤとプラグを取り付けた「エンドウ豆」ランプ。
人形の背中に大きなピンが接着剤などで固定されており、ネクタイやコートの襟に差し込むことができます。懐中電灯のソケットからランプを抜き、豆電球のプラグをねじ込みます。豆電球を人形の中に差し込み、絹糸で固定します。懐中電灯のケースのボタンを押すと、ピンが点灯し、人形の目、鼻、口から小さな光線が発射されます。

図301.—スカル・スカーフピンの彫刻における4つの手順。1. 骨。2. ベースに穴を開ける。3. 下地を整える。4. 仕上げ。
図301.—スカル・スカーフピンの彫刻における4つの手順。1. 骨。2. ベースに穴を開ける。3. 下地を整える。4. 仕上げ。
図301の図面は、頭蓋骨のスカーフピンの彫り方を示しています。長さ約5/8インチ、直径約3/8インチの円筒形の骨片から作られます。最初の作業は、底に深さ3/8インチの穴を開けることです。穴の直径は、エンドウ豆のランプが通るのに十分な大きさにする必要があります。

図 302.—懐中電灯からランプを取り外し、プラグを所定の位置にねじ込むことで、バッテリーに接続する準備が整った完成したピン。
図 302.—懐中電灯からランプを取り外し、プラグを所定の位置にねじ込むことで、バッテリーに接続する準備が整った完成したピン。
次に、目、鼻、歯を彫ります。図面を見れば、この部分の作業手順がよく分かるでしょう。次に、頭蓋骨の上部を丸めます。後ろにピンを通すための小さな穴を開けます。頭蓋骨の中にライトを入れ、所定の位置に固定すればスカーフピンの完成です。

その他の電気機器
第20章 その他の電気機器
熱から電気を生成する方法
過去一世紀にわたり、多くの科学者や発明家が「太陽光を制御」しようと絶え間なく努力を重ねてきました。日々地球に降り注ぐエネルギーは計り知れません。太陽で消費され、熱として放出されるエネルギーはあまりにも大きく、地球上のあらゆるものが微々たるものに思えるほどです。私たちは数フィート離れた大きな火の熱しか感じられませんが、灼熱の夏の熱は地球に到達するまでに9000万マイルも旅します。そして、それでも地球が受けているのは、放射される総量のごく一部に過ぎません。

スミソニアン協会のラングレー博士は、エネルギー供給のためにペンシルバニア州に石炭を送り込んだ場合、同州の石炭はすべて一瞬のうちに太陽によって消費されてしまうだろうと推定しました。

もしかしたら、将来いつの日か電気機関車が「太陽エネルギー」で発電した電力で鋼鉄製の車両を都市から都市へと高速で運ぶようになるかもしれません。もしかしたら、同じエネルギー源から得られるエネルギーが、私たちの住居を暖め、光と電力を供給するようになるかもしれません。

これは単なる夢物語ではなく、いつか現実になるかもしれません。すでにある程度実現しています。マサチューセッツ州の発明家が、太陽エネルギーから発電する装置の開発に成功しました。

この装置は、窓によく似た大きな枠で構成されています。ガラス板は紫色のガラスでできており、その背後には無数の小さな金属製のプラグが取り付けられています。紫色のガラスに閉じ込められた太陽熱がプラグに作用して発電します。この発電機を10時間太陽光に当てると、蓄電池が充電され、大型のタングステンランプ30個を3日間点灯できるほどの電流が生成されます。

図303.—銅線（C）と銀線（I）がペアでどのようにねじられているか。
図303.—銅線（C）と銀線（I）がペアでどのようにねじられているか。
この装置が動作する原理は、1822年にゼーベックという科学者によって発見されました。彼は、2つの異なる金属の接触点を加熱することで電流を発生させることに成功しました。

同様の装置をどの少年でも作ることができます。これは、実用目的に十分な電流を流すことはできませんが、非常に興味深く、教育的な実験として役立ちます。

B.&S.ゲージ16番のドイツ銀線を40～50本、長さ5インチ（約13cm）に切ります。銅線も同数切り、ドイツ銀線と銅線をしっかりとねじり合わせて、図303のようにジグザグに並べます。

図304.—木製の指輪。
図304.—木製の指輪。
次に、直径約10cmの木製のリングを2つ、松の板から切り出します。図305に示すように、リングの1つにワイヤーを取り付けます。もう1つのリングをその上に置き、2～3本のネジで固定します。

図305.—完成したサーモパイル。
図305.—完成したサーモパイル。アルコールランプを点火し、炎が木製リングの中央にあるワイヤーの内側の端を加熱するように配置します。
電線の内部接続部は互いに接触してはいけません。外側の端はまっすぐに曲げ、等間隔に配置します。リングは3本の鉄棒または脚で支えます。この機器はサーモパイルと呼ばれ、2つの端子は結線端子に接続します。

中央に小さなアルコールランプまたはブンゼンバーナーを置き、炎が電線の内部接合部に当たるようにします。先ほど説明したサイズとタイプのサーモパイルは、内部端子が十分に熱く、外部端子も比較的良好な状態であれば、かなりの量の電気エネルギーを供給します。

端子を電話受話器や検流計に接続すれば、電流は非常に簡単に検出できます。複数のサーモパイルを作製し、それらを並列に接続することで、小さなランプを点灯させるのに十分な電流を得ることができます。

反射鏡の作り方
リフレクトスコープは、絵葉書や写真などから画像を映し出すことができる、非常に簡素な「マジックランタン」です​​。通常のマジックランタンには透明なスライドが必要ですが、リフレクトスコープならほぼあらゆるものから画像を作成できます。絵葉書や休暇中に集めた写真をスクリーンに投影し、直径3～4フィートに拡大することもできます。雑誌や新聞から切り抜いたイラスト、オリジナルのスケッチや絵画も同様に映し出されます。すべてが実際の色で投影されます。時計をランタンの裏側に入れて、歯車や機構を露出させると、金属の色や動きのある部品がすべて映し出されます。

図306.—反射鏡。
図306.—反射鏡。
図306に示す反射鏡は、長さ9インチ、幅6インチ、高さ6インチの長方形の箱で構成されています。鉄板やブリキで作ることもできますが、木材で作るのが最も簡単です。厚さ3/8インチの板で十分な重さがあります。普通の箱の作り方はあまりにも簡単なので、説明は不要です。しかし、この反射鏡の箱、つまりケースは、丁寧に作られ、「光漏れしない」ものでなければなりません。つまり、前述のように、中にランプを入れた際に光が漏れるような亀裂や小さな穴があってはなりません。

箱の片面の中央に、直径 2.5 ～ 3 インチの丸い穴が開けられています。

正確な直径はここでは示せません。実験者が反射鏡に取り付けるレンズによって決まるからです。必要なレンズは1つだけです。「両凸レンズ」で、直径2.5～3インチのものを使用してください。レンズは古い自転車のランタンから簡単に取り出せます。透明なガラス製のものを使用してください。

図307.—レンズの配置と取り付け方法。
図307.—レンズの配置と取り付け方法。
レンズの周囲にぴったりとフィットする適切な直径の、長さ6インチのチューブを、ブリキ板を丸めて端をはんだ付けして作ります。このチューブは、図で「可動チューブ」と表示されているものです。また、最初のチューブにかぶせるのにちょうど良い直径の、長さ3インチの2つ目のチューブも作ります。この2つ目のチューブの外側に、硬い真鍮板から切り出した平らなリングをはんだ付けし、図のように3～4本の小さなネジでケースの前面に固定します。箱の前面の穴は、チューブが入る大きさで十分です。

レンズは、可動管の一端近くに2つの丈夫なワイヤーリングで固定されています。これらのリングは、管の側面に当たると開くように、重くて弾力性のあるワイヤーで作られている必要があります。リングの1つをはんだ付けして動かないようにしてから、レンズを取り付けるのが良いでしょう。レンズが所定の位置に収まったら、もう1つのリングをレンズに押し付けます。ただし、はんだ付け後、金属が十分に冷えるまでレンズを取り付けないでください。そうしないと、割れてしまう可能性があります。

図 308.—反射鏡を後ろから見た図。ドアなどが見える。
図 308.—反射鏡を後ろから見た図。ドアなどが見える。
箱の背面には、高さ約4インチ、長さ約5.5インチの小さな蝶番式の扉が付いています。スクリーンに投影したい映像は、図308に示すように、2つの小さな真鍮製クリップでこの扉に固定されます。

図 309.—カバーを取り外した反射鏡の図。ランプなどの配置が示されています。
図 309.—カバーを取り外した反射鏡の図。ランプなどの配置が示されています。
反射鏡の照明は、16カンデラの白熱電球2個を使うのが最も便利です。図309は、カバーを外した箱の内部を真下から見たところです。白熱電球は、図310に示すような一般的な平底の磁器製ソケットに差し込みます。このソケットは、電球1個につき1個、合計2個必要です。価格は1個あたり約10セントです。

図310.—ランプを保持するためのソケット。
図310.—ランプを保持するためのソケット。
反射鏡はブリキ製で、図 311 に示すように曲げられています。反射鏡は 4 つの小さなタブでランプの後ろに固定されています。

光を供給するためにガスランプまたは石油ランプを備えた反射鏡を取り付けることは可能ですが、その場合、箱をはるかに大きくし、熱気を排出するための煙突を取り付ける必要があります。

反射鏡の内部は、ランプブラックとテレピン油を混ぜた塗料で真っ黒に塗装する必要があります。内部にはブリキ管の内側も含まれます。

電流は、ケースの小さな穴に通された柔軟なランプコードによってランプに供給されます。コードのもう一方の端には接続プラグが取り付けられており、お手持ちのランプソケットにねじ込むことができます。

図311.—錫反射板。
図311.—錫反射板。
映像は暗い部屋で滑らかな白いシートに投影します。シートを小さなドアのバネクリップの下に置き、ドアを閉めます。可動式のチューブを前後にスライドさせ、スクリーン上の映像が鮮明になるまで調整します。

通常の cp カーボンフィラメントランプの代わりに 22 cp のタングステンランプを使用すると、ランタンの性能が大幅に向上します。

ケースの底に、各コーナーに 1 つずつ、合計 4 つの小さな脚を取り付けると、外観が大幅に改善されます。

非常に大きな写真は、角が少しぼやけて見える傾向があります。これはレンズのせいで、簡単には修正できません。

110ボルトの電流を実験に使えるように下げる方法
小型電気機器を110Vの照明回路や電源回路から操作することが望ましい場合がよくあります。交流電流は、第13章で説明されているような小型の降圧変圧器を用いて適切な電圧まで降圧できます。直流電流は抵抗を用いて降圧できます。若い実験者にとって最も適した抵抗は「ランプバンク」です。

ランプ バンクは、並列に接続された多数のランプで構成され、任意のデバイスを直列に接続できるように配置されています。

ランプは、図 310 に示すような「平底磁器製レセプタクル」と呼ばれるタイプのソケットに設置され、ボード上に一列に取り付けられ、図 312 に示すように接続されます。

電力線からの電流はスイッチとヒューズを通過し、ランプを通過してから動作させたい機器に到達します。スイッチは電流のオン/オフを制御するためのもので、ヒューズは回路に過大な電流が流れた場合に「切れる」ようになっています。

回路を流れる電流量は、ランプバンク内のランプのサイズと数によって正確に制御できます。必要に応じて、ランプをねじで締め付けたり外したりすることで、電流を1/4アンペアずつ調整できます。

ランプは、使用する電線と同じ電圧のものを使用してください。8カンデラ、110Vのカーボンランプは、1個あたり1/4アンペアの電流を流します。16カンデラ、110Vのランプは、1個あたり約1/2アンペアの電流を流します。同じ電圧の32カンデラのランプは、回路に1アンペアの電流を流します。

図 312.—ランプバンクの上面図。回路の配置方法を示しています。
図312.—ランプバンクの平面図。回路の配置を示しています。AとBは、動作させたいデバイスを接続するポストです。
誘導モーター
誘導電動機は、電機子巻線に電流が誘導される電動機です。誘導電動機はブラシなしで動作し、電力線からの電流は界磁にのみ接続されます。界磁は変圧器の一次側に例えることができます。電機子に流れる電流は二次巻線を構成し、変圧器と同様に電流が誘導されます。

誘導モーターは交流電流でのみ動作します。

図 267 に示すような 3 極アーマチュアを持つ小型モーターは、実験用の誘導モーターを作成するのに最適なタイプです。

モーターからブラシを取り外し、セグメントを短絡するように整流子の周りに裸銅線を巻き付けます。

次に、交流電源を界磁コイルの端子に接続します。降圧トランスをお持ちの場合はそれを使用してください。そうでない場合は、先ほど説明したランプバンクに直列に接続してください。

回路にスイッチを設置し、電流のオン/オフを切り替えます。アーマチュアシャフトの端に紐を巻き付け、コマを回すのと同じような要領で紐を引くことでアーマチュアシャフトを高速回転させます。準備ができたら、紐を強く引っ張り、すぐにスイッチを閉じて交流電流を磁界に流します。

これが適切に行われると、モーターは高速で動作し続け、必要に応じて電力を供給します。

様々な用途に電力を供給するために日常的に使用されている交流モーターのほとんどは誘導モーターです。誘導モーターは自己始動式で、遠心力調速機を内蔵した中空のアーマチュアを備えています。モーターが停止しているとき、または始動直後は、4つのブラシが整流子に押し付けられ、アーマチュアコイルを4つのグループに分割します。モーターが適切な速度に達すると、調速機は遠心力によって押し出され、ブラシを整流子から押し離します。これにより、すべてのセクションが短絡され、各コイルが1つの完全な回路になります。

電気メッキ
硫酸銅、硫酸、硝酸ニッケル、硝酸銀、その他の金属塩などの化学物質を含む水は、電気をよく通します。このような液体は電解質と呼ばれます。

第 4 章では、化学反応を利用して電気を生成すること、またボルタが発明したような電池の場合、亜鉛電極が徐々に消耗して最終的に硫酸に溶解することが説明されています。

この作用を正確に逆転させ、いわゆる電気分解を起こすことが可能です。金属が「溶解」された電解質を適切に配置し、電流を流すと、金属は「メッキアウト」し、電極の片方に再び現れます。

電気分解により、電気メッキやその他数千もの極めて価値があり興味深い化学プロセスが可能になります。

世界で生産される銅の半分以上は電気分解によって生産されています。

金、銀、銅、ニッケルによるめっきは、ほとんどすべて電気を利用して行われます。

これらの作業はさまざまな工場で非常に大規模に行われていますが、非常に簡単な設備があれば、どの少年の作業場や研究室でも再現することができます。

必要な器具は、適切な化学薬品、タンク、そして電池だけです。作業には5～6アンペアの電流が長時間必要となるため、蓄電池または重クロム酸電池から電流を供給する必要があります。

小さな長方形のガラス瓶は、電解液を保管するための一流のタンクになります。

最も単純な電気めっきプロセスであり、実験者が最初に取り組むべきプロセスは銅めっきです。

タンクに純水を4分の3ほど入れ、液体が濃い青色になり溶けなくなるまで硫酸銅の結晶をいくつか落とします。

銅棒を2本用意し、タンクに横向きに置きます。図313に示すように、溶液に吊るせるように、2つの角にそれぞれ舌状部を持つ銅板を2枚切り取ります。両方の銅板を1本の銅棒に吊るします。この銅棒を電池の正極に接続します。これらの銅板は陽極と呼ばれます。

次に、もう一方の棒に炭素片などの金属片を吊るし、電池の負極に接続すると、電気めっきが始まります。装置を約30分間作動させた後、棒に吊るした物体を電池の負極に接続して取り出し、調べてください。銅で厚く覆われているのがわかるでしょう。電池の極は必ず上記の方法で接続してください。そうしないと、銅の析出は起こりません。

電気メッキする物体には油やグリースの痕跡が一切残っておらず、あらゆる点で完全に清潔でなければなりません。そうでないと、メッキが汚れた部分に付着しないため、メッキが均一になりません。

図313.—電気メッキタンクとして機能するように配置されたガラス瓶。
図313.—電気メッキタンクとして機能するように配置されたガラス瓶。
鍵、キーホルダー、工具などの物品はニッケルでコーティングすることで錆びを防ぐことができます。

ニッケルメッキは銅メッキと非常によく似ています。ただし、電池のプラス極に接続された棒から2枚の銅板を吊るすのではなく、ニッケルで作られている必要があります。

電解質は、硫酸ニッケル 1 部を水 20 部に溶解し、これに重硫酸ナトリウム 1 部を加えたものです。

この混合物を硫酸銅の代わりにタンクに入れます。めっきする対象物は、バッテリーの負極に接続された銅棒に吊り下げられます。

ニッケルメッキされた製品を浴槽から取り出すと、鈍い白色を呈します。これは「ホワイトニッケル」と呼ばれます。ホワイトニッケルをバフ研磨機と呼ばれる高速回転する布製のホイールで研磨すると、高い光沢が得られます。

レオスタットの作り方
多くの場合、バッテリーで動作する小型ランプ、モーター、その他の電気機器を流れる電流の量を調整することが望ましい場合があります。

これは回路に抵抗を挿入することで実現されます。レオスタットとは、抵抗の量を任意に素早く変化させるための装置です。

図95に示すような5点スイッチに洋銀抵抗線を複数巻くことで、簡単な可変抵抗器を簡単に作ることができます。洋銀は銅線よりもはるかに抵抗値が大きいため、必要な抵抗値が少なく、設置スペースも小さくなります。

5 ポイント スイッチは可変抵抗器の作成には十分ですが、抵抗のより細かい段階設定が必要な場合は、より多くのポイントを持つスイッチを使用する必要があります。

先端の外側には 2 列の小さな針金釘が打ち込まれ、B. & S. ゲージ 24 番のドイツ銀の針金が、釘の一方の先端からもう一方の先端までジグザグに巻き付けられています。

図314.—レオスタット。
図314.—レオスタット。
可変抵抗器は、制御したいあらゆるデバイスと直列に接続します。ハンドルが最も左端にあるとき、可変抵抗器は電流に対して抵抗を生じません。レバーを2番目の点に置くと、電流は洋銀線の最初の部分を通過せざるを得なくなり、電流に顕著な影響が生じます。ハンドルを右に動かすと、抵抗が増加します。

可変抵抗器がモーターに接続されている場合は、レバーを前後に動かすことで速度を上げたり下げたりすることができます。

同様に、小型白熱電球の光も暗くしたり明るくしたりすることができます。

電流反転装置または極変換スイッチ
極変換スイッチまたは電流反転スイッチは、実験者にとって便利です。例えば、小型モーターに接続すれば、モーターを任意の方向に回転させることができます。永久磁石の磁界を持つモーターは、電池からの配線を回路に流れる電流の方向を変えるだけで、逆方向に回転させることができます。しかし、モーターに界磁巻線が備えられている場合、どちらの方向にも回転させる唯一の方法は、磁界を反転させることです。これは、極変換スイッチを使用することで最も効果的に実現できます。

このようなスイッチは、107 ページと 108 ページに概説されているのと同じ一般的な構築方法に従って作成できますが、図 315 に示す設計に従って作成します。

図に示すようなモーターは、適切な方法で極数変更スイッチに接続することで逆転させることができます。

外側の2つの接点（DとDでマーク）は、どちらもモーターのブラシの1つに接続する必要があります。中央の接点（C ）は、もう1つのブラシに接続します。

界磁の一方の端子はバッテリーに接続されています。界磁のもう一方の端子はレバーAに接続されています。B はバッテリーのもう一方の端子に接続されています。

図315.—極変換スイッチまたは電流反転装置。
図315.—極数変換スイッチまたは電流反転装置。接続ストリップは、ハンドルでレバーAとBの両方を操作できるように回転します。
スイッチハンドルを左に押すと、レバーA が左側の接点Dに接触します。レバーBはCに接触します。するとモーターは一方向に回転します。スイッチハンドルを右に押し、レバーAとB がそれぞれCとD （右側）に接触すると、モーターは逆転し、反対方向に回転します。

完全なワイヤレス受信セット
多くの実験者は、恒久的に接続され、機器が簡単に持ち運びでき、多数の配線を邪魔することなく、ある場所から別の場所に簡単に移動できるように取り付けられたワイヤレス受信セットを構築したいと考えるかもしれません。

図 316 に示す受信セットは、第 14 章で説明されている個別の機器の一部で構成されており、この方法で装備を配置する際に従うことができる一般的な計画を示しています。

ダブルスライダーチューニングコイル、検出器、固定コンデンサーから構成される完全な受信セット。
ダブルスライダーチューニングコイル、検出器、固定コンデンサーから構成される完全な受信セット。
完全な受信セット。同調コイル、検出器、固定コンデンサーの代わりに緩いカプラーで構成されています。
完全な受信セット。同調コイル、検出器、固定コンデンサーの代わりに緩いカプラーで構成されています。
台座は木製で、長さ 9 インチ、幅 7 インチ、厚さ 1/2 インチです。

図 203 に示すものと同様のダブルスライダーチューニングコイルは、ベースを上方に貫通してチューナーヘッドまで通っている 2 本の小さな木ネジによってベースの背面に固定されています。

図316. 完全な無線受信装置。
図316. 完全な無線受信装置。
固定コンデンサーは長方形の木製ブロックに収められており、下部は固定コンデンサーを収容するためにくり抜かれ、前方右隅のベースにねじ止めされています。

検出器はベースの前方左側部分に取り付けられており、図では図 210 と同様のものとして示されています。ただし、任意のタイプの検出器を代用することができます。

必要に応じて、チューニングコイルをルーズカップラーに置き換えることもできますが、その場合にはベースを大きくする必要があります。

電話受信機は、検出器の横に取り付けられた 2 つの接続ポストに接続されます。

図218に示す回路は、セットの配線に必ず従うべき回路です。各種機器を接続する配線は、穴を通してベースの裏側に沿って配線し、目立たないようにします。

テスラ高周波コイルの作り方
テスラ高周波コイルやトランスは、アマチュア実験者に素晴らしい可能性をもたらします。数え切れないほどの奇妙で魅力的な実験が可能です。

ライデン瓶やコンデンサーがコイル状の電線を通して放電すると、目に見える火花は、単に一方向に流れる単一の火花ではなく、実際には複数の別々の火花が交互に反対方向に流れるものです。火花は非常に速く移動するため、目で区別することはできません。火花が通過しているように見える時間はほんの一瞬かもしれませんが、その短い時間の間に電流は数千回往復している可能性があります。

ライデン瓶やコンデンサーからの放電を一次コイルとして機能させる場合、一次コイルにさらに巻数の多い二次コイルを接続すると、二次コイルは高周波電流と呼ばれる特異な電流を生成します。高周波電流は、 1秒間に10万回から100万回、電流の方向が反転します。

図317.—テスラコイルの原理を示す。
図317.—テスラコイルの原理を示す図。ライデン瓶が一次コイルを通して放電し、二次コイルで高周波火花が発生します。
高周波電流には多くの興味深い特性があります。高周波電流は電線や導体の表面のみを伝わります。中空の管は、同じ直径の棒と同様に高周波電流の導体として優れています。高周波電流はショックを発生しません。金属片を手に持ったとしても、高周波コイルから2～3フィートの長さの火花が放出されても、わずかな温かさを感じる程度で、ほとんど何の感覚も感じません。

以下に説明するテスラコイルは、2インチまたは3インチのスパークコイル、または小型の高電位ワイヤレストランスと組み合わせて使用​​するのに最適なサイズです。スパークコイルまたはトランスの目的は、テスラコイルの一次側を通して放電するライデン瓶またはコンデンサーを充電することです。

図318.—主ヘッドとして使用された木製リングの詳細。
図318.—主ヘッドとして使用された木製リングの詳細。
もし若い実験者が、例えば1インチの火花を発生できるような、より小さなスパークコイルに適したテスラコイルを作りたい場合、ここで説明したテスラコイルの寸法を正確に半分にすることができます。二次コイルを長さ12インチ、直径3インチにする代わりに、長さ6インチ、直径1.5インチにするなどです。

プライマリーは、10番B&Sゲージ銅線を8回巻いたもので、ドラムに巻き付けられています。ドラムのヘッドは、直径7インチ（約18cm）、厚さ1.5インチ（約3.7cm）の木製のリングです。それぞれのヘッドの中央には、直径4.5インチ（約10cm）の円形の穴が開けられています。

図319.—一次巻線を支えるクロスバーの詳細。
図319.—一次巻線を支えるクロスバーの詳細。
横棒の長さは2.5インチ、厚さは3/4インチ、幅は1/2インチです。横棒は6本必要です。横棒はリングの周りに等間隔で配置され、リングを貫通する真鍮製のネジで固定されます。ドラムが完成すると、「リスのかご」のような外観になります。

ワイヤーを通すために、クロスバーに小さな溝が切られています。ワイヤーはドラムの周りを螺旋状に通され、間隔は約16分の5インチです。

ワイヤの端は、ヘッドに取り付けられたバインディングポストに固定する必要があります。

セカンダリーは、長さ 12 インチ、直径 3 インチのボール紙の筒に巻かれた、No. 26 B. & S. の絹または綿で覆われた単層のワイヤーです。

チューブは使用前にオーブンで乾燥させ、内側と外側にシェラックを厚く塗布する必要があります。この処理により収縮を防ぎ、ワイヤーが緩んだ場合にチューブを巻き直す必要がなくなります。

図320.—二次ヘッド。
図320.—二次ヘッド。
二次側には、チューブにぴったり収まる大きさの円形の木製ヘッドが 2 つ取り付けられており、フランジは 0.5 インチ、外径は 3 と 7/8 インチです。

コイルのベースは長さ 15 インチ、幅 6 インチで、木製です。

コイルは、一次コイルをベースを横切って正確に中央に配置することで組み立てられます。2本の長い木ネジをベースから一次コイルのヘッドまで貫通させ、しっかりと固定します。

二次コイルは一次コイルの中心を貫通し、高さ4インチ、幅7/8インチ、厚さ1/2インチの硬質ゴム製の支柱2本でその位置に固定されます。それぞれの支柱の上部から二次コイルのヘッドまで真鍮製の木ネジを通し、二次コイルの軸を通る直線が一次コイルの軸を通る同様の直線と一致するようにします。

274 ページに記載されている通り、完全な COHERER 衣装です。
274 ページに記載されている通り、完全な COHERER 衣装です。
テスラ高周波コイル。
テスラ高周波コイル。
支持部は木材ではなく硬質ゴムで作られています。これは、ゴムの方が木材よりも絶縁性が高いためです。高周波電流の絶縁は非常に困難であり、木材では通常十分な絶縁性が得られません。

それぞれの硬質ゴム製支持部の上部には、長さ5インチの真鍮棒が取り付けられており、片方の端には小さな真鍮球が付いています。二次巻線の両端は、この真鍮棒に接続されています。

図321.—完成したテスラコイルの端面図。
図321.—完成したテスラコイルの端面図。
各硬質ゴム支持体の下端は、ベースを貫通して支持体内に貫通するネジによってベースに固定される。

テスラコイルを動作させるには、図324に示すように、一次側をコンデンサーとスパークギャップに直列に接続する必要があります。コンデンサーは、複数のライデン瓶、または錫箔でコーティングした複数のガラス板で構成できます。接続線の長さやスパークギャップなどが必要なコンデンサーの容量に大きく影響するため、必要な数を事前に決定することは不可能です。コンデンサーはスパークコイルの二次側端子間に直接接続されます。

スパークコイルをバッテリーに接続して作動させると、パチパチと音を立てる白い火花がスパークギャップに飛び散ります。

手をテスラコイルの二次端子の 1 つに近づけると、小さな赤紫色の火花が飛び出して指に当たります。

図322.—完成したテスラコイル。
図322.—完成したテスラコイル。
スパークギャップの長さを調整し、さらにライデン瓶の数を変えてコンデンサープレートの数を変えることで、高周波スパークの長さを長くすることができるでしょう。また、テスラコイルの一次側接続端子から導線の1本を外し、その導線を一次側を形成する巻線のいずれかに直接接続することでも、スパークの長さを長くすることができるかもしれません。このようにして一次側の巻線数を変え、無線機器の同調コイルまたはヘリックスコイルの巻線数を変えるのと同じように回路を調整します。

図 323.—ガラス板コンデンサーがアルミ箔とガラスの交互のシートでどのように構築されるかを示しています。
図 323.—ガラス板コンデンサーがアルミ箔とガラスの交互のシートでどのように構築されるかを示しています。
テスラコイルの不思議な美しさは、暗闇の中で動作させた時に初めて明らかになります。二次側から真鍮の棒へと伸びる2本の導線と、棒の先端にあるボールが、独特のブラシ放電を発生させます。

金属片を手に取り、二次側端子の近くにかざすと、ブラッシングが強くなります。手を十分近づけると、火花が金属に飛び移り、体に侵入しますが、全く感覚がありません。

テスラコイルの二次端子の 1 つが 一次端子に接続するワイヤによって接地されている場合、他の端子でのブラッシングが大幅に増加します。

銅線で2つの輪を作ります。1つは直径15cm、もう1つは直径10cmです。小さい方の輪を大きい方の輪の中に入れ、二次側端子に接続します。2つの輪は同心円状、つまり共通の中心を持つように配置します。

コイルが動作しているとき、2 つのコイル間の空間はきれいなブラシ放電で満たされます。

図324.—テスラコイルの正しい接続方法を示す図。
図324.—テスラコイルの正しい接続方法を示す図。
テスラコイルを使用して実行できる実験は他にも非常に多く、ここですべてを説明することさえ考えられません。さらに研究を続けたい若い実験者は、図書館に行ってニコラ・テスラの著作を参照することをお勧めします。そこには、そのような実験が十分に説明されています。

結論
近年、平均的な少年の習慣が大きく変わらない限り、本の序文に何が書かれていようとも、ほとんど意味をなさない。なぜなら、読者はそれをさらっと一瞥するだけで、軽々しく読み飛ばしてしまうからだ。この点を踏まえ、著者は読者に「先手を打つ」ことを試み、本来であれば序文の本来の場所に収まるはずの内容を、より長い序文に書き加える代わりに、結論のような形でここに付け加えた。読者が序文を最初に読むよりも最後に読む可能性が高いと考えたからである。

以前、この本に書けるようなものを探していた時、大学進学前に工房を解体した際に荷物を詰めていた古い箱のことを思い出しました。何年も放置されていたので、どこにしまったのかほとんど忘れていました。ついに、屋根裏部屋にしまわれた埃っぽい家具の中から大きな箱が発掘されました。蓋をこじ開け、中身を一つずつ取り出して床に並べました。中には検流計、マイク、スイッチ、電信キー、音響器、リレー、その他数え切れ​​ないほど多くのものが入っていました。どれもかなり昔に作られたものだったので、ボルト、ネジ、カーテンレールの切れ端、鉄板、真鍮といったものが、どのようにして機器の様々な部品に使われているのか、興味深く、面白く感じました。端子台は、私の手に渡る前は、ほとんどすべてのケースで乾電池の端子として使われていました。購入する必要があった部品は、丸頭の真鍮ネジ数本と磁石を形成するワイヤーだけでした。ワイヤーは、取り外して他の機器に簡単に取り付けられるように作られていることも少なくありませんでした。電信音響器の磁石は取り外して、電気エンジンやモーターの一部に取り付けることができました。

特に私が強く印象に残ったのは、ほとんどの楽器に見られた完成度の欠如と粗雑さでした。

もちろん、金属部品は本来その役割のために作られたものではないので、その不格好な外観を避けることは不可能でしたが、私はもう少し気を配って、きちんと調整したり、木材を滑らかにしてニスを塗ったり、金属部分についた工具の跡やへこみを少しやすりで削っておけばよかったと思いました。

もしそうしていたら、今頃は自分の仕事にはっきりと誇りを感じているはずだ。だからといって、少しも恥ずかしいとは思っていない。昔のトラップは、装飾品ではなく箱に戻しておいた方が良かったとはいえ、確かにその目的を十分に果たしていたからだ。適切な道具がなかったこと、そして当時はそのような作業のやり方を解説した雑誌や書籍が出版されていなかったこと、そして私が初めて同調コイルと検出器を製作した当時は、その分野に関する出版物が全くなかったことなど、この作業のこの部分で失敗したことは許されるかもしれない。私はこうした問題を自力で解決しなければならず、機器の実際の構造よりも、その動作原理について深く考えていた。

この本を読む少年たちは、実際に製作されテストされた装置の作り方を示す説明書を読むという利点があります。どのサイズの電線を使うべきかが分かっているので、自分で調べる必要はありません。そのため、こうしたものを作るのにもっと多くの時間を費やせるはずです。この結論の目的は、単により良い仕事を求める嘆願です。アメリカの少年は、この点に関しては大抵不注意です。何かを作り始めても、完成する前に疲れてしまい、放り投げて忘れてしまい、また別のことに取り掛かってしまうことがよくあります。何であれ、取り掛かったことは最後までやり遂げなさい。この原則は良いものです。また、細部への配慮が全体の成功を保証することも忘れてはなりません。

仕事を進める中でアイデアが浮かんだら、ためらわずに試してみてください。良いアイデアは、発展を拒むことはありません。私が示した指示に完全に従わなくても構いません。従えば必ず成功しますが、改善できると思ったら、ぜひ改善してみてください。

もちろん、このような本は、その性質上、網羅的なものにはなり得ないし、また、ある意味では、網羅的であることが望ましいわけでもない。

私は、全体として見れば、実用的な電気のほぼすべての側面を扱っているという点においてのみ網羅的であることが判明する本を書こうと努めてきました。

念頭に置いた原則は、少年たちの発明の才能を刺激し、本が助けにはならず常識と個人の創意工夫で克服しなければならない実際の緊急事態に直面するまで少年たちを導く作品を生み出すことです。

この本は、私の力でできる限りの専門用語や語句を一切使わずに作っているわけではありません。なぜなら、専門用語の中には価値があり、日常的に使えるものがあり、それを理解する若い実験者にとって有益だからです。

「少年電気技師」の各章で扱われている主題はどれも、私が述べた範囲をはるかに超えて発展させる可能性があります。鉄道システムには、電気信号、跳ね橋、その他多くの装置を設置することができます。

機知に富んだアメリカの少年には、多くの新しいアイデアが浮かびます。私が紹介した装置を作った少年からの連絡をお待ちしています。できれば、作品の写真もお送りください。そのような少年のお手伝いは喜んで承りますが、本書に掲載されている図面や文章の中には、ほんの一部を完成させるだけでも多くの時間を要したものもありますので、本書に記載されていない装置の作り方についてご質問はご遠慮ください。今後、新たな発明や発見が次々と生まれますので、いつか私が「少年電気技師」という本をまた書く日が来るかもしれません。

終わり。

* このプロジェクト グーテンベルク電子書籍「少年電気技師」の終了*

*** プロジェクト・グーテンベルク電子書籍「少年電気技師」の終了 ***
《完》