８．１ 実験回路１，２の飛距離の差について
飛距離のデータをまとめた表７．２から、実験回路１に対し実験回路２ではコイル３で約３[cm]、コイル１，２で約６〜８［cm］飛距離が伸びている。
これはなぜだろうか？
回路の唯一の違いはスイッチとトライアックである。
トライアックにはオン抵抗というものがあり、規格表から１６[mΩ]ｍａｘ．となっていることはすでに述べた。しかし、スイッチにも抵抗がある。接触したときに全くの０[Ω]になっているわけではないのである。それは接触抵抗と呼ばれる。同種のロッカースイッチ（２５０[Ｖ]１６[Ａ]）では、メーカーから100ｍΩ以下
（DC6〜8V、1A電圧降下法（注１））とデータシートに記載されている。半分の５０[mΩ]と考えても、トライアックのオン抵抗の約３倍もある。したがって、飛距離の差の原因は、トライアックのオン抵抗の方がスイッチの接触抵抗よりも小さいことによる。
尚、今回のように７０[Ａ]もの電流を瞬間的に流した場合、スイッチ接点の損耗はかなり激しくなるだろう。最初はトライアックのオン抵抗よりも小さかったとしても、数十回も繰り返せば、接点クリーニングが行われない限り、接触抵抗は容易に１００[mΩ]を超えると考えられる。これが実験回路２の方が飛距離が出た理由である。
さて、今回は渦巻状コイルを使わなかったが、これはかなりの低インダクタンス、低直流抵抗になるので電流制限抵抗を入れるなど、ピーク電流に十分注意した回路処理をする必要があるだろう。尤も、それにより飛距離が落ちてしまうという結果は目に見えている。
（注１）他に電圧計−電流計法がありこれによれば１００[Ａ]でも１０００[Ａ]でも測定できるが、残念ながらデータは無い。
８．２
衝突時間について
ＥＸＣＥＬを使用して、コイルごとに、理論的なコイルに発生する磁荷m1、コインに発生する磁荷m2を計算し、反発力fを求めた。それが表８．２ａである。
表８．２ａ 反発力の理論値
この反発力に対して飛距離と磁場と磁場が押し合う衝突時間を４．５の力積の式からグラフ化したものが次の図８．２ａ コイル１、図８．２ｂ コイル２、図８．２ｃ コイル３である。
図８．２ａ コイル１
コイル１では飛距離の平均値１１７．６［ｃｍ］より衝突時間は約２６０［ｍｓ］と考えられる。
図８．２ｂ コイル２
コイル２では飛距離の平均値１１２．６［ｃｍ］より衝突時間は約２６０［ｍｓ］と考えられる。
図８．２ｃ コイル３
コイル３では飛距離の平均値４０［ｃｍ］より衝突時間は約９５０［ｍｓ］と考えられる。
コイル３の衝突時間は大きすぎる嫌いがあるので一旦保留とし、コイル１，２の値を採用する。これらの衝突時間は約２６０［ｍｓ］とほぼ一定である。
だが、この値については、もっと短いのではないかという疑問をぬぐえない。そこで次の“８．３ １円玉の渦電流について”で検討してみる。
８．３ １円玉の渦電流について
ＥＸＣＥＬによる計算から、１円玉に発生する渦電流Ｉｃの予測値を表８．３に示す。
表８．３ 渦電流Ｉｃの予測値
表８．３の最後のIｃ値からＩｃ＝５５〜９２［ｍＡ］の電流が流れると推測される。
“７．４ １円玉の渦電流の計測”から最初に発生する渦電流の測定値はＩc ＝ ０．４[A]（約１．５［ｍｓ］間）であった。約４倍の差があるのだが、１００[ｍＡ]オーダーで見れば、互いに近いところにあるともいえる。
この場合、コイルと１円玉を固定しているので最大電流が見られたが、実際にコインが飛ぶときは、電流が最大となる前に飛び出すのではないかと思われる。その場合、電流値は０．４[A]よりも小さくなるだろう。
１００〜２００[ｍＡ]の値が計測されればかなり予測値と測定値が近くなる。
よって、今後の課題として、コインが飛んでも外れず、軽量な電線を取り付けて、コインが飛んだときの電流値を測定する装置を考えるたほうがよいだろう。
８．４ 効率について
（１）コンデンサの電気エネルギー
Ｅc＝３．６［Ｊ］
（２）コイルの電磁エネルギーEL
コイル電磁エネルギーEＬはコンデンサの電気エネルギーＥcと同じとしたが、コイルの直流抵抗分による電力消費を考慮するとELは少々変わってくる。
コイルの直流抵抗分Ｒcoilは（長さＬ＝１０[ｍ]、直径０．４[ｍｍ]）
(テスターの計測値は１．４Ωとなかなか正確である。)
コイルへの印加電圧、電流はｓｉｎ波の正の半周期分であり、その時間は約０．３ｍｓである。
よって消費電力ＷＬは
ＷL＝１．４[Ω]×（６６．９[A]×２／π）２＝２５４２[W]
１[W]＝１[J/s]より
PL＝２５４２×０．３×１０−３＝０．７６３[J]
EL＝３．６［Ｊ］−PＬ＝３．６−０．７６３＝２．８７３[J]
（３）コインに発生する電磁エネルギーＥcoinは
Φ＝ＬＩより、Ｌ＝Φ／Ｉ
（４）コインが１[ｍ]飛んだ時の運動エネルギーは位置エネルギーＥkに等しいので
以上で計算した値をエネルギー遷移図に入れたものが、図８．４ エネルギー遷移図（数値化）である。
最終的には
電気エネルギー100％ → コインの電磁エネルギー＋運動エネルギー０．３％
となり、渦電流を発生させ、必要な運動エネルギーを発生させるために役９９．７％が費やされている。実に効率の悪いエネルギー変換装置であることがわかる。
８．６ 感想、その他
今回の実験は、理論的な予測と結果の均衡点をうまく見出すことができ、大変興味深いものとなった。理論計算では教科書にあるさまざまな定理からの証明を省いたので、厳密さを欠いたかも知れないが、その分結論までがすっきりとしたといえよう。そのおかげで、物理を学んだ高校３年生程度の知識でもかなりの数式を計算できるし、その内容もさらに深めることが出来るだろう。
ただ、飛距離については予測と計算結果を近づけることは出来たが、それによって、コイルへの電圧印加時間とコインの起電力の発生時間に関する理論値と測定値が大きく異なってしまったことは今後への課題を残したといえる。
尚、１円玉の磁場の計算方法は再検討した方がよいかもしれない。また、運動方程式の部分でも、空気の抵抗を考慮に入れた計算式を使ってみるのも面白いだろう。最後に、今回はアルミの１円玉のみであったが、エクセルを利用すれば、コインの材料を替えたときの磁場や反発力の計算式を使って飛距離を予測してみることも可能である。次回への課題である。
尚、都合により、使用した回路や所有の測定器については詳細を省かせていただいた。
最後までご精読いただきありがとうございました。
2015年7月末．