発電機のW(ワット)を大きくするには?

質問

今、物理の卒業研究(高3)で、発電機を使って、パンを焼こうっていうプロジェクトを進めているのですが、自転車の発電機を使って電圧(V)を測定した所、たったの15Vから20Vしかなかったです。
　そもそも、トースターで、パンを焼くのには、一枚どれくらいの電力が必要なのですか?あと、パンを焼けるようにするためにＷの量を多くしろと勧められたのですが、それにはどうすればよいのですか?ただ、発電機の個数を増やして、直列につなげばよいのでしょうか?でも、それで果たして、パンを焼けるほどの電力が得られるのでしょうか?
　行き詰まっているので、どんな情報でもよいので教えてください。

回答No.5

siegmund

ワットは仕事率の単位で，単位時間あたりのエネルギーですから
ワット数を大きくするにはもとのエネルギーを大きくするより
方法がありません．
ここらあたりは，sailor さんが書いておられるとおりです．

前に「人間の発電量」
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=41661
という質問がありまして，私(siegmund)と stomachman さんが人間の発電量の
見積もりをやっています．
そこでの私の見積もりでは，「人間は0.3馬力くらい」と書いていますが，
あれはある程度鍛えた人間の短時間パワーです．
たとえば，人力飛行機などのときの評価です．
パンを焼くとなると，ある程度時間がかかりますからそんなにパワーは
出せそうもありませんね．
0.2 馬力としますと，１馬力は約0.74kWですから，
人間の仕事率は 150W 位ですか．
おおざっぱなところでは，私と stomachman さんの見積もりはコンシステントです．

あと，発電効率がかかりますね．
自転車のタイヤに押しつけるタイプの発電機はどうも効率がかなり悪そうです．
6W 程度の自転車のランプをつけるだけでずいぶんペダルが重くなりますからね．
ハブに組み込んだタイプはもっと効率がいいらしいですね．

総合して，人間一人では 100W は多分行かないんではないかとおもいます．
50W とかそんなものかな～？
でも 50W だと，タイヤ押しつけ型発電機を８個つけるということか．
ペダル重そう，大丈夫かな？
まあ，これは kaering さんが，電圧だけでなくて電流も測って見れば
すぐわかることです．

具体的方法は sailor さんの方式が簡潔でいいように思います．

回答No.4

noname#2748

momasさんからご指摘がありましたが、実は私も自動車用発電機とインバーターという構図をまず思いついたのですが、人力でという事のようなのであえて投稿を控えさせていただきました。確かに自動車用発電機であればトースターの１台くらい十分に使用できる電力を起こせますが、駆動装置（たぶん自転車等を改造して使用すると思いますが）の効率やオルタネーターの効率を考えると、２馬力から３馬力程度必要になり人力での駆動は少々無理があるのではと思ったのです。またオルタネーターでは最初に発電を開始するまでは外部の電力によって励磁してやる必要もある事などを考え、回路の複雑さや発電原理も高校生の物理で習得する範囲を超えてしまうような気がしました。

ここで、keronyanさんの提案をみて考えたのですが、高校の物理の実験であれば、実験用のニクロム線を利用して発電機１つで赤熱させられる長さにニクロム線を調整し、それを複数本並べてパンの面積を覆うようにして、ニクロム線の数だけ自転車と発電機を用意し、大勢でいっせいに発電する方法がもっとも現実的な気がします。それぞれのニクロム線の電圧と電流を計測し、合計して電力を割り出し、焼けるまでの時間も計測しＷｈの換算するなど、この方が高校生の物理の実験としては適当かと思います。

お礼

面白い、というか一番出来そうな方法ですね。このプロジェクトの趣旨はクラスの方々にパンを一枚焼くのがいかに大変か、ということを示すものなので、このやり方なら、一番よく示せると思います。どうもありがとうございました。

回答No.3

keronyan

別の観点から
製品としてのトースターを使おうとすると大変そうなので、
電器の知識があれば、分解して発熱体（たとえばニクロム線なんか使っている物、セラミック発熱体は難しいかな？）
だけ出して、短くすれば小さなワットでも充分な発熱量が得られると思います。
ただ、長さなどを気を付けないと、短すぎて発熱体が溶けてしまう可能性もあります。
トースターを拾ってきて色々な長さで試してみては。

目的はパンが焼ければ良いんですよね。ならば、200℃程度の温度が得られればいいと思います。

お礼

トースターのほうを改造するなんて、ぜんぜん思いつきもしませんでした。ずっと、発電のほうに力をいれていたので。そんな方法もあるんですね。どうもありがとうございました。試してみたいと思います。

回答No.2

momas

自動車用のオルタネータを自転車で回すってのはどうでしょうか？
これならsailorさんの専門ではないかと・・失礼。
（補足などいただければと思いまして・・・。）

たしか冷間時２０００回転で６０Ａ程度はとりだせたのではなかったかと・・・
６０Ａ取り出したときの動力的な抵抗が不明なので自転車では回せないくらい重くなれば無理ですが

でも、６００Ｗ必要なら１０台並べて１２０Ｖ取り出したときに１台あたり６Ａあればよいことになりますので。

トースターも温度制御が電子式でなく、単純なバイメタル式であれば直流でも関係なく動作すると思います。

う～んなんだかできそうな気がしてきました。

kaeringさん、ぜひ結果をおしらせください
無責任にわくわくしているmomasでした。

お礼

自動車用のオルタネータっていうのはいくらぐらいかかるのでしょうか？1台当たり、６Aっていうのは、確かに簡単そうですね。この実験が終わるまで、まだまだ時間がかかると思いますが、結果はそれからでよろしいでしょうか？どうもありがとうございました。

回答No.1

noname#2748

一般的なトースターの消費電力は４００Ｗ～８００Ｗ程度でしょうから、それに見合う電力の供給が必要です。また、トースターが正しく動作する条件としてＡＣ５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波で実効値が１００Ｖであるというのが前提です。ただ、自転車の発電機ではこの条件をクリアするのはまず不可能だと思われますので、別の方法をとりましょう。まず、電圧の件ですが自転車の発電機は交流出力のため、ただ直列に接続しても位相が揃えられないので２台で２倍とは行きません。そこで複数の発電機の出力をダイオードで整流し直流電圧を得てそれを直列接続して電圧を上げる方法が手っ取り早いでしょう。ただしそれにしても、自転車の発電機の定格出力って６Ｖ・６Ｗ程度ですから、１５～１６台程度直列にする必要があり、パンが焼けるまで全力でこぎつづける必要がありますし、直流１００Ｖの電圧は感電の危険性が大きくあまりお勧めできません。

もうひとつの方法として、トランスを使う方法があります。１００Ｖ対６Ｖのトランスを発電機の数だけ用意することになりますが、感電の危険性はかなり減るでしょう。それぞれの発電機の出力をそれぞれのトランスの６Ｖ側のタップにつなぎ、どれぞれのトランスの１００Ｖ側の片方を一つにまとめ、残りの片方からダイオード（すべてのダイオードの向きを揃えること）を経由して一つにまとめます。これで理屈の上では直流１００Ｖが得られます。この場合でもやはり発電機は１５台以上は必要でしょう。また、トランスを使用する場合むやみに速くこぐより、能率の良い回転数を見つける必要があります。これは、トランスが５０Ｈｚ～６０Ｈｚでもっとも効率よく働くように設計されているためです。具体的にいうと発電機の軸の回転数が毎分１５００～１８００回転になるようにこぐことが必要になります。

お礼

意外に難しいですね。このプロジェクトは、僕のほかに三人で勧めているんですが、なかなか上手い方法が見つかってない所でした。どうもありがとうございました。でも、トランスや自転車のダイナモを何個も買ってると費用がばかでかくなりませんか？高校生の僕らのおこずかいでたりるものなのでしょうか？あまりお金をかけずに、って言うのは無理なんでしょうか？