マルコーニの「世界最初のモールス無線電信」の再現 ver.2

2019.07.17 カテゴリ：科学教育

Tag: モールス電磁気学ヘルツマルコーニ無線電信コヒーラ電磁誘導科学教育科学史理科教材

2019年3月の記事で，マルコーニが初めて実用化した無線電信を再現しましたが，今回はそのバージョンアップです。今回の前提となる実験方法は3月の記事「マルコーニの「世界最初のモールス無線電信」の再現実験」をお読みください。

USB電子ライターのアンテナの改良

　マルコーニはヘルツが1888年に発表した〈電気の火花放電の時に発生する電磁波〉を無線通信に使いました。送信に必要な電気火花を作る誘導コイルは，中学や高校の理科実験用に今でも売られていますが，10万円程度と高価なため，個人で持っている人は少ないでしょう。代替品として「USB電子ライター」が使えますが，出力が小さいためごく近くしか通信できませんでした。
　今回の方法は少しでも安価に通信距離を伸ばすように，USBライターの送信アンテナの部分を改良したものです。もともとは20世紀に売っていた「ピッピーポケベル」というおもちゃの送信機の構造を調べてまねしたものです。

1．みがいたエナメル線（ホルマル線）をネジにしっかり巻き付ける。アンテナ電線の長さは1ｍぐらい。

　ネジはUSB電子ライターの電極の間に入るぐらいの長さと太さのものを使います。

2．ネジに放電が起こるように片側にすきまを空けて，ビニールテープでライターに固定する。このとき，電極のど真ん中にネジを置いて，左右から放電が起きてもかまわないですが，そういう設置は難しいので，無理せず片側に放電が起こるすきまがあれば十分です。

　送信機の放電のようすです。

3．送信機の全体は，前回と同じ。マイクロスイッチでモールス符号を打ちます。これは雰囲気だけなので，ライターを分解しないで，本体のスイッチを普通に押すだけでも十分モールス符号は打てますよ。つまり必要なのは，アンテナ部分の工作だけです。

4.実験映像。可能な受信距離は1.5ｍぐらいでした。

受信機の変更

1．コヒーラの変更
　前回の受信機は「音技工房」で作ってもらった「マルコーニの復元レプリカ」（φ6.4×30（mm）Grass Tube Metal Filings Type）を使いました。マルコーニが実用化したコヒーラスイッチのレプリカでした。感度は高いのですが，5万円と高価なのが難点でした。それとガラス管なので破損しやすいという欠点もあります。（実は，あれはヒューズ管ホルダーにはめているうちに割れてしまったのです....）
　そこで音技巧房で作っている別のタイプのコヒーラを使ってみました。

　この製品は平川製作所のサイトに載っています。音技巧房さんと相談した結果，電波受信用に適しているという「ヒューズ管入り銀ニッケルの「Old Marcony」(φ6.4×30（mm）Grass Fuse Size)」を注文しました。受注生産で納期は2ヶ月ほどかかりました。価格は送料等込み3984円と大幅にコストダウンできました。
　ヒューズそのままの形状なので，ヒューズ管ホルダーに簡単に付けられます。

2．アンテナ線の取り付け
　ヒューズソケットの電極にアンテナ線を半田付けします。長さは左右に1ｍずつ。バイブレーターも円筒モーターに代えて，丸い平面タイプのものをソケットに接着剤で貼り付けました。

3．コヒーラの電圧を3ボルトに変更
　商品サイトにある仕様書ではコヒーラの電圧は1.5V と書かれていましたが，実験してみると感度が低かったため3Vに変更しました。3Vの方が感度と安定性に優れていました。それでも5万円のコヒーラよりやや感度は低いという実験結果でした。その点は高価でも最初に使ったマルコーニ再現タイプの方が優れています。まあ，これは価格との相談で妥協です。誘導コイルで数メートル受信できれば，演示実験には十分ですから。
　それに，現在の電波法では「火花方式の電波発信は禁止されている」ということも忘れてはいけないですね。通信距離は実験室の中にとどめておきましょう。
　LED，圧電ブザー，バイブレーターは6Vで動かしています。初号機は3Vでしたが，今回はもっと音の振動数が小さい（2300Hz）圧電ブザーに変更した結果，6Vでないと鳴らなくなったためです。本当は800Hzぐらいの音が耳に心地よいのですが，圧電ブザーでは残念ながらそのような製品は見つかりませんでした。
　回路図は「マルコーニの「世界最初のモールス無線電信」の再現実験の記事」を参照してください。