手回し発電機の実験

問題

太郎君と花子さんが、手回し発電機を手に取って話をしています。

花　子：手回し発電機って、中にはモーターが入っているのね。

太　郎：モーターに電流を流すと回転するから、逆にモーターを手で回転させると電流が発生するんだってね。発電所の発電機も、基本は同じしくみだって聞いたよ。

花　子：だったら、手回し発電機に電流を流したら、発電機のモーターとハンドルが回るのかしら。

太　郎：それは面白そうだね。実験してみようよ。

花　子：発電機って、けっこううるさいのね。Aから10回転の電流を流したんだから、Bが10回転するかと思ったけど、そうではないのね。

〔問題1〕実験１で、手回し発電機Ｂのハンドルの回転数が、手回し発電機Ａのハンドルの回転数より少なかったのはなぜですか。その理由を書きなさい。

太　郎：次は、手回し発電機で豆電球を光らせてみようよ。

太　郎：XとYが接触した瞬間、豆電球が消えたね。ハンドルも急に重たくなって、回せなくなったよ。

〔問題2〕実験２で，図２のＸとＹの部分が接触したとき、ハンドルの手ごたえが急に大きくなったのはなぜですか。その理由を書きなさい。

花　子：手回し発電機は豆電球を光らせたりする実験には便利だけど、そのつど回さないといけないのがちょっと面倒ね。

太　郎：だったら、コンデンサを接続すればいいよ。コンデンサは一定量の電気を蓄えて、いっぱいになったら電流が流れなくなるんだ。

花　子：電気がたまっているのは目で見えないから、いっぱいになったかどうかわからないわ。いつまで回したらいいのかしら。

〔問題3〕実験３で、どのようになったとき、コンデンサにいっぱいまで電気がたまったと判断できますか。

手回し発電機の性質についての問題です。
一度回したことがあればわかりますが、手回し発電機は必要な電流が大きいほどハンドルが重くなり、逆に発電しないときはハンドルが空回りします。
エネルギー変換効率やコンデンサなど、少し専門的な話も出てきますが、問題文から読み取れる範囲だけでじゅうぶん解答できます。

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