SQMに高圧コンデンサーでハイポテンシャル化してみた

高電圧を作れるようになったので、これを使ってSQMをハイポテンシャル化してみる。

ハイポテンシャル化というのは、場のエネルギーを通常よりも高くすること。
電磁気学でも使われるようになってきたポテンシャルの概念を自分なりの解釈で工学的に使ってみる。

ポテンシャルについては、有名な「アハラノフ＝ボーム効果」あたりから調べると分かりやすいのじゃないかと個人的には思う。
このAB効果は磁界のポテンシャルが取り上げられたが、これを拡大解釈して、高電圧でチャージされたコンデンサーの周りに電界のポテンシャルがあり周りに影響を与えるのではないかという仮定である。

高圧用のコンデンサー２個をSQMのマグネットの内側に配置する。
中央のコイルをコンデンサーで挟み、さらにマグネットでサンドイッチにする感じ。

それで、結果は何も変化なし。
見事に失敗です。

高電圧のテスト

これまで作った、ブロッキング発振器、コッククロフト・ウォルトン、スパークギャップ、コンデンサーをつないで動作確認。

電源電圧を5Vにすると、入力電流が120mA程度で一秒おきぐらいにスパークを繰り返す。ギャップ長は2〜3ミリ程度なので、出力電圧は6kVぐらいと思われる。

電源電圧を6Vにアップすると、入力電流は145mAとなり、スパーク周期も短くなる。

コンデンサーなしでも動作する。なしの方がスパーク周期が短くなるので、チャージに時間を要するのだと思われる。電源を切った時にギャップをくっつけて放電するのだが、コンデンサーありの方が、放電した瞬間のスパークが短いので回路に残った電荷の量が少なくなっているようだ。自作コンデンサー内部でのリークが多いのかもしれない。

コッククロフト・ウォルトンを作る

倍電圧半波整流回路で入力を４０倍にする回路を作った。

ブロッキング発振器の出力をこのコッククロフト・ウォルトンで約４０倍にする。
入力電圧が300Vなら12000Vの出力が得られるはず。

コンデンサの耐圧が1000Vなので、入力電圧は最大500Vまで可能。
回路の中でスパークしないようにパーツ間の距離をつけてみた。

ブロッキング発振器を作る

静電気で高電圧を得る方法とは別に、電子回路で高電圧を作る方法も行った。

電子レンジに使われているトランスや、ブラウン管テレビのトランス、自動車のイグニッションコイルなどを利用する方法、それから、使い捨てカメラで使われているブロッキング発振器など存在する。

今回は、ブロッキング発振器にしてみた。

ブロッキング発振器については、詳細に解説しているサイトがあるので、原理などの説明は省略。（下記参考サイトを参照）

フェライトコアFT-82#61を２個使って、一次側が13回巻と54回巻、二次側が250回巻のトランスを作り、トランジスタは2SC3851Aを使った。ベース側には50kΩの半固定抵抗を入れた。ダブルコアにすることで巻線に流すことのできる電流容量を増やしています。
（この写真には、基板の右側に小さなコアも写っているが、これは出力電圧をさらにアップするために追加してみたもの。でも、これをつけると発振しなくなるので、最終的には外した。）

ベース側の抵抗を調整し、電源はDC5Vで、エミッタ〜コレクタ間電圧が64V（ピーク値）、トランス二次側出力が280V（ピーク値）となった。充放電の周期は75usだが、ピークを形成している波自体は83kHz前後。
（測定値はオシロスコープから読み取ったもの）
電源からの入力電流は120mA前後。

これを作っていて、過去に実験したBedini Fanが、このブロッキング発振器と同じような回路だと気がついた。
ファンが回転しない時に発振していたのだけれど、あれはブロッキング発振していたんですね。

さて、5Vを280Vまで上昇させたので、この次はコッククロフト・ウォルトンでさらに電圧を上げてみたい。

参考サイト：
ブロッキング発振回路の動作原理

探求: 電撃蚊取りラケット

ヴァンデグラフの製作と失敗

ヴァンデグラフ起電機のようなもの、というのが正しいと思う。

プーリー部分は、静電気を発生させることだけが目的なので、横に寝かせたような形になっている。幅50mmで、プーリー間の距離は約400mm。

本当のヴァンデグラフ起電機なら、縦型でトップには大きな金属球がついている。この金属球と地面側との間でコンデンサーを形成する。
しかし、大きな金属球を用意するのが大変。
なので今回作るものは平板コンデンサーとスパークギャップを別途用意することにして、この大きな球体を無しにした。

平板コンデンサーは２つ用意した。電極のアルミ箔は100mmX80mmの大きさで、間に厚み2mmのアクリル板を入れたもの。

スパークギャップは、アルミ棒の先端に真鍮球φ10mmをつけたもの。支持台で回転させてアルミ棒の角度を変えることでギャップ距離を調整できるようにした。

ベルトは、近くのホームセンターで売っていた、ネオプレンゴム0.2mmX50mmX1000mmをゴム系接着剤で貼り付けてループ状にした。

さて、出来上がったものを試運転してみたものの、うまく静電気発生とは行かなかった。

ベルトの材質が悪かったのか、プーリーをPLA樹脂で作ったのが悪かったのか、速度が遅いのか、などいくつか原因が考えられる。

静電気の分野は経験がないから、こんなことになったのでしょう。

ポテンシャルを上げてみようと

装置のポテンシャルをもっと上げてみようと思う。

パルスモーターの回転で静電気を発生させるようにして、電気的なポテンシャルエネルギーを向上させた場合に、モーターのコイルやマグネットに何かしら起こらないか。

あるいは、SQMのコンデンサー化として、マグネットにアルミ箔を貼り付けてみたりしたが、BEMFの利用だからせいぜい数百ボルトだった。これを静電気にすれば、数千〜数万ボルトになるから、何かあるかもしれない。

静電気を発生させる装置として、

1. ヴァンデグラフ起電機
2. ウィムズハースト起電機

が有名。

ヴァンデグラフは、素材の異なるプーリーとその間をつなぐベルトを作るだけでシンプルそうだから作ってみることにした。