テスラコイルの作り方と電磁波の影響や危険性、使い道について詳しく解説します。
テスラコイルは天才科学者ニコラ・テスラが発明した高電圧・高周波を発生させるコイルで、度々楽器や演奏のパフォーマンスとしても使われますが、その使い道は多岐に渡ります。
テスラコイルで空気を電離させて発生したオゾンは酸化力が大変強く、0.5ppm以上の濃度では目の痛みや呼吸障害や胸痛が発生するとも言われています。
今回の実験では、人体に影響を及ぼさない子供や学生でも楽しめる理科の実験程度の安全な範囲でテスラコイルを製作しプラズマを発生させ、高周波や放電、ワイヤレス給電の基礎原理、人体への危険性について学びます。
影響は極めて少なく以下のような事が起こる事は稀ですが、この実験では高周波・高電圧・放電・プラズマを発生させます。場合によっては機器の誤動作や故障、感電などの危険性もある為、医療機器を取り付けている方や、小さい子供やペットがいる室内ではオゾン臭が不快に感じ、高周波がノイズの原因になる場合がありますので、安全に注意して行ってください。
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テスラコイルの危険性や使い道！作り方と電磁波の人体影響がヤバい！ポイント
- テスラコイルは発生したオゾンを吸い続けると、濃度によっては死亡する程酸化力が高く危険性のある気体を発生させる。
- テスラコイルの使い道は、主に科学実験、プラズマ音を利用した楽器の演奏、発生した電磁波でワイヤレス給電、殺菌や虫よけなど多岐に渡る。
- テスラコイルは、天才科学者ニコラ・テスラが発明したコイルで、現在では交流電流・電動機・トランス他テスラの作った機器は私たちの生活に欠かせないものとなっている。
テスラコイルに危険性はあるのか？電磁波の人体影響や使い道は？
結露から言ってテスラコイルに危険性があるのかと言えば、あります。
勿論、電圧や流れる電流やプラズマに触れる時間にもよりますが、高周波で放電するプラズマは、今回の実験回路で制作したものは触ればビリッとしますし、マッチや紙を近づけて放電させれば実際に火が付きます。
何度も書いた通り、テスラコイルは空気を励起させてオゾンに変えてしまうほどのパワーを持っていますので、小規模ながらオゾンが発生します。
今回の実験では人に健康被害が出るほどのオゾンは発生しませんが、それでもあの強烈で独特なオゾンの臭いだけで具合が悪くなる場合もありますので、注意が必要です。
また、テスラコイルで発生した高周波の電磁波は、精密機器に影響を与える可能性がありますので、なるべく動作中のスマートフォンなどの近くでは使用しないよにしましょう。
ちなみに、テスラコイルの近くで携帯電話を利用した時、どうなるかは故障するか圏外になり高周波ノイズで一時的に電波が入らなくなることがあります。
スマートフォンに使用されているリチウムイオンバッテリーは熱を帯びると発火する危険性もあるので、注意してください。
モバイルバッテリーが発火する危険性に関してはこちらの記事で詳しく解説していますので、ご覧ください。
テスラコイルとは何なのか？シンプルな回路ながら原理はとても複雑
ここで少しテスラコイルの原理や開発者のニコラ・テスラについてお話しします。
開発者のニコラ・テスラは、1856年から1943年にかけて様々な電気機器を開発した天才科学者です。
同じ時期には有名なエジソンがおり、確かに電球・電話など様々な発明品と功績を残して来た人物ではありますが、エジソンはテスラと比べると単なる実業家で、テスラ程の技術や電気知識は無かったと思われます。
私たちが普段モーターや、交流電源を使って生活に必要な様々な電子機器を使用できるのも、テスラの交流電源の発明があったからこそです。
テスラと言えば、テスラコイルや交流電源がとても有名ですが、テスラの技術や知識はこれだけにとどまらず、レーザーなどの軍事兵器の開発や、フィラデルフィアでのテレポーテーション。
蛍光灯、トランスなど多岐に渡ります。
スピリチュアルな世界でもテスラの人気は絶大で、有名なテスラコード369を解き明かせば量子力学やこの世の構成原理全てが解き明かされると言われています。
テスラが最後に亡くなったホテルの部屋はニコラ・テスラの聖地となっており、当時のまま保存された室内は、今でも多くの宿泊客が訪れるほど人気の観光地です。
テスラが書いた論文は、研究所と共にいくつかが消失したとも言われており、その関係に政府やCIAとのつながりも噂されています。
私も、電気関係の技術に関わったものの一人としてニコラ・テスラはとても尊敬しており、壁画として飾るほどニコラ・テスラを崇拝しています。
テスラコイルの基礎はトランスと殆ど一緒で、1次コイルと2次コイルから構成されており、巻き数比に応じた高電圧が発生しますが、こんな単純なものではなく、放電長を正しく伸ばそうとすると、厳密な等価回路の計算の他に、実験の環境に非常に左右される為、非常に奥の深い回路となっています。
\[ \frac{Vp}{Vs}=\frac{Np}{Ns} \]概要をざっくり解説すると、1次側に1回巻で1Vの電圧を加え、2次側に1000回巻のコイルを作ると、1000V(1kV)が出力されるという公式です。
例えば、同じテスラコイルを２台製作して、それぞれ別の環境で動作させると、環境によっては放電長が全く異なるのです。
これは、空気中における圧力や、湿度など様々な要因が関係してくるからです。
これらを厳密に再現する事は大変難しいので、殆どの場合トライアンドエラーの試行錯誤で作られることが多いようです。
テスラコイル制作に必要な電子部品や値段・道具について解説！
テスラコイルを製作してプラズマや電磁波を発生させるには、まずテスラコイル本体を作らなければ話になりません。
テスラコイルの回路は大きく分けて、電磁波を発生させる元となる発振回路とテスラコイルで電磁波やプラズマを発生させるコイル部分で分かれています。
それぞれの部品や制作に必要な道具について解説します。
テスラコイル本体の作り方と部品：VP25塩ビ管と0.2mmホルマル線
▼VP25塩ビ管
テスラコイルを作るには、水道配管用の塩ビパイプが便利です。どこにでも売ってますし、テスラコイルを作る人の殆どがこの塩ビ管を使って製作しています。
今回は、水道配管用のVP25塩ビ管を使ってテスラコイルを製作します。
どこのホームセンターでも必ず手に入るパーツです。
▼0.2mmホルマル線
これはかなりの長さが必要で、家電量販店やホームセンターでは手に入らないので、電子部品店や通販で手に入れるしかありません。
ちなみに、被膜銅線に関してはホルマル線とエナメル線など色々な種類がありますが、被膜してある事がポイントなので、被膜してあれば何でも構いませんが、単なる銅線は使えません。
▼セロテープ：100均・ダイソー等
セロテープは、まいたテスラコイルがほどけないようにするだけなので、養生テープでもなんでも構いません。お好きなもので止めてください。
ただ、セロテープの場合長期間止めておくと、剥がした時にベタベタします。
ダイソーとかのでもいいんですが、幅が広いので普通のセロテープよりも幅広タイプのものが作業しやすいですね。
テスラコイルを発振させる部品：トランジスタ・抵抗
▼ NPNトランジスター 2SD882
在庫が豊かで、アマゾンでも楽天でも気軽に買えるパワーMOSFETを使います。ちょっと乱暴な解説ですが、テスラコイルで重要な部品選定は、大電流が流せて確実にスイッチ出来る事！これはNPN/PNPトランジスターでもMOSFETどちらを使っても問題ありません。
ただ、テスラコイルのようにある程度の電流がながれるものだと、どちらかと言えばMOSFETを使った方が、部品点数も少なくて済みます。
もし、NPNトランジスターを使うのであれば2SD882がおすすめで、こちらもアマゾンや楽天で在庫数が豊かで気軽に通販できる部品だからです。
MOSFETをお勧めしていますが、今回は所持品の在庫処分の観点から、2SD882を使います。(沢山あるもんで)
▼抵抗：10KΩ 1W 茶黒橙金または銀
この回路にはある程度大きな電流が流れるので、余裕を持って1Wの抵抗を選択しましたが、抵抗の値はある程度適当でも動きます。
補足ですが茶黒橙金または銀とは、抵抗を始めて購入する方の為に解説すると、抵抗についている帯はカラーコードと言い、このカラーコードを元に抵抗値が算出できるようになっています。
ネットで『10kΩ 抵抗 カラーコード』などで検索すると、抵抗のカラーコードと抵抗値の一覧表が沢山ヒットします。
▼その他あると便利な部品
電源として5Vが取れるのが理想なので、車のバッテリーか安定化電源があると便利かもしれません。無い場合は、その辺の不要なACアダプター(5V)の線をちょんぎって使う事も出来ます。
5Vは身の回りのモバイル電源が使えます。(USBの出力は全て5Vですので、iPhoneやアンドロイド端末の充電器の線を切って使うことも出来ます)
テスラコイルを作るのに必要な道具は？半田ごて・ニッパーがあればOK
部品同士をハンダ付けするのに、半田コテとハンダは最低限必要で、部品の余った端子を切るにはニッパーが必要です。
全部ダイソーで揃いますが、この機会にちゃんとした温度調整機能付きの半田ごてを揃える事をおすすめします。
ハンダ付けのやりかたについてはこの記事で詳しく紹介していますのでご覧ください。
テスラコイルの回路図と作り方を大解説！テスラコイルは簡単に出来る
では、実際に回路図を見ながらテスラコイルの作り方について解説します。
テスラコイルは値段もそれほどかからず、自分で簡単に制作出来て、動作も派手なので様々な実験やいたずらに使えます。
早速用意したVP2５の塩ビ管に0.2mmのホルマル線を巻いていくのですが、これがかなりきっついです！
私は、高周波や高電圧の回路を作るのが好きで、個人的にトランスもいくつも作っていますが、トランスを製作する時よりも動作は単純ですが、巻き数が多いのでめちゃくちゃ疲れます。
右は巻き始めでとりあえず基準を設ける為、50回巻いたのですが、この時点で既に手が痛くなりました。(これを後950回も巻くのか！と思うと気が遠くなりました)
50回巻いたら、定規でコイルの幅を測り、100回ごとにしるしを付けると一々数えて巻かなくても良いので便利です。
っていうか、これ最初に作ったニコラ・テスラすごいわ！根性は勿論、実験に対する情熱を感じます。
テスラ先生！ボキはもう限界です＼(^o^)／と、何度も心の中で呟きながら5時間かけて1000回巻終わりました！
私はこのブログをアドセンスと物販で運営しているのですが、記事を作るに当たり、ある程度の月間検索ボリュームのある記事でかかなければ当然読まれる事も無く、記事の意味も無く、自分の書いた記事など存在しない事に等しいですが、月間検索ボリューム数百回程度の記事の為に、5時間をかけてほぼ1日潰してしまったことに若干虚しさを感じましたｗ
これで、検索10位以内に入らなかったらと思うと発狂物です(+_+)
とまぁ、それはさておき検索上位になる事を期待しつつ、続いて回路について解説します！
ソフトを使って綺麗に書くことも出来ますが、めんどくさいので手書きの回路をアップしますｗ
こんな感じの回路図と実体配線図になりましたが、一点重要なポイントをお伝えします。
2SD882のNPNトランジスターですが、これは裏から見るとBCE(ベース・コレクタ・エミッタ)の端子になるという事ですので、注意してください。
2SD882は表面が、真っ黒で製品名が記載されていますが、裏側は銀色で放熱の為のヒートシンクです。
この実体配線図は、裏から見たトランジスタで配線しています。
とりあえず、まぁ適当に配線して動くかどうか確認します。
ここでも重要なポイントですが、電圧をかけてネオン管を近づけても点灯しない場合、三回巻いた太いコイル(写真だと黒い線のコイル)の配線が逆になっている可能性があります。
巻き始めや巻終わりが逆になると、当然磁束の向きも逆になり、打ち消しあう方向に磁束が発生するので、発振しないからネオン管が点灯しないという事になります。
ネオン管の端子を持って近づけると、ネオン管や蛍光灯が点灯します。
前回のプラズマボールも似たような原理ですので、プラズマボールの自作に興味のある方はこちらの記事もご覧ください。
人体影響や事故がないテスラコイルの使い道！音楽楽器としての用途も
意外な事に、テスラコイルは実用的な化学実験の他にも、音楽楽器として行事事の余興としての使い道が多い機器でもあります。
高周波・高電圧でプラズマを発生させると、断続的な音が発生しますが、この音を音楽楽器の代わりとして音楽を演奏するのが一般的です。
他にも、テスラコイルは事故のない範囲で以下の用途としても幅広く使われますので、テスラコイルを使用した代表的な現在の電気機器を紹介します。
▼無線給電システム
現在のスマートフォンの無線給電システムの基礎になります。
高電圧・高周波で電磁界を発生させ、その周りにコイルを置くと、発生した電磁界で誘導電流が発生しますが、この誘導電流を受け側のスマートフォンに取り付けてあるコイルで発生した電気を充電用として利用しているのです。
▼プラズマオゾン発生装置
冒頭でも解説した通り、テスラコイルで発生しさせたプラズマは、空気中の酸素を励起させてオゾンに変えてしまいます。
このオゾンは強い酸化力と独特の臭いがあるので、この酸化力と匂いを利用して、脱臭や殺菌に使われます。
オゾン濃度0.5ppm以上では明らかな健康被害が出ますが、あれだけ巨大なテスラコイルを室内で使用しても問題ないように、今回の実験で作る小規模のものなら室内で長時間使用していたとしても、独特の臭いで多少気分が悪くなったりすることはあっても、明らかな健康被害が出る事は稀でしょう。
▼蛍光灯管CFLやCCFLの検査用途として
近いうち(2027年まで)に、蛍光灯や冷陰極管の製造や出荷が全面的に停止されることは他の記事でも解説しましたが、これらの放電管を検査するのに必要な機材として、今でもテスラコイルが使われています。
テスラコイルが教材で蛍光灯を点灯させているように、蛍光灯や冷陰極管を製造開発する会社では、必ずリークチェック用にこのテスラコイルを使用します。
リークチェックとは、ガラス管内部の真空度やガス抜けが無いか出荷前にチェックする作業です。
ニコラ・テスラが開発したテスラコイルの使い道は、現在では一部研究開発用途を除いて、エンタメ用途としての利用が殆どです。
▼その他テスラコイルを使った悪魔的悪戯！
例えば、子供のおもちゃのラジコンの電源を入れておきます。
リモコンが無くても高周波ノイズで一人で動き出す様は、原理を知らない方には呪か？スピリチュアルなオカルトの類と勘違いするかもしれません。
テレビなども同様で、上手く高周波成分がノイズとしてテレビに乗れば、勝手にモニターを付けるという事も出来るかもしれません。
テスラコイルの危険性や使い道！作り方と電磁波の人体影響がヤバい！まとめ
最後まで記事を読んでいただき有難うございます。
テスラコイルは無事に動作しましたでしょうか？テスラコイルは手軽に高周波やワイヤレス給電の基礎が学べる理科の教材としても最適です。
安全さえ守って使えば子供の興味を引く事間違いなしです！(軽い感電やオゾン臭による体調不良には注意してください)
テスラコイルは回路はシンプルですが、等価回路に直すと寄生容量が発生したり、放電自体が環境に依存しやすい現象の為、同じよな放電長を全ての回路で維持する事は難しく、大変奥の深い回路です。
1000回コイルを巻くのに5時間もかかり大変ですが、コイルの綺麗さが放電長にダイレクトに影響するので、一回一回丁寧に巻く事を心がけてください。
テスラコイルの基礎はトランスと一緒で、1次側と2次側のコイルの巻き数比に応じた電圧が放電として出力されます。
テスラコイルを発振させる回路のポイントは、MOSFETが回路がシンプルになりお勧めです。(細かいことは抜きにして、大電流・大電力を扱いスイッチするような回路では、MOSFETを使う！という事だけ覚えておいてください)
後は、コイルの巻き数は勿論、抵抗やコンデンサーの容量を個人で変えてみて、作ったコイルで放電長が最大になるポイントを見つけましょう。
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