Dr.Stoneを見て電波について非常に興味がわきました。

高校の時に習った物理はそーゆーものだと思って概念上の勉強で終わっていました。

しかしDr.Stoneの原始的なところから携帯を作っていくのを見てめちゃくちゃ好奇心を刺激されました。

じゃあ同じ感じに自分も携帯をつくろう！って思ったのですがやっぱり全然わかりません。

そこで一番基本的なものとして電波を受信したいと思いました。

といっても知識は高校物理で止まっていて、何も覚えていません。

図書館とネットで調べまくるしかありません。

調べても回路図と難しい専門用語ばかりかふわっとした概要が多かったですが、参考になりそうなものをいくつか探したのでまとめておきます。


電波とアンテナの仕組み

まずは電波とそれを受信するアンテナについて学ぼうと思いました。

左の動画の方では電波をシャボン玉を飛ばすイメージで分かりやすかったです。
右の動画は小難しい単語が出てきますが、電波をシャボン玉のように飛ばすところをより細かく説明していました。

電磁波

まず電波とは電磁波の一種で光も電磁波です。
電磁波というのは電場と磁場が縦と横で垂直に交わって振動する波です。
じゃあなぜ電場と磁場が垂直に交わっているのかというと、それは右ねじの法則のためです。

右ねじの法則とは電場や電流の進行方向に対して右回りに磁場が発生するという原理です。
なぜ電流や電場の進行方向に対して右回りに磁場が発生するのかはよくわかりませんが、マクスウェル方程式という難しい式を解くとそうなったっぽいです。

電場が縦波としてみたとき、横から見ると右ねじの法則より以下のようになります。
黒い線が磁場、赤い線が電場です。
これを上から見てみると
このように電場と磁場は直交するのです。
しかし本来は電場と磁場は2次元ではなく3次元に広がります。
そのためこれが球面上に広がるのですがイメージしにくいし書きにくいので電磁場についてはこんな感じで。
先ほど紹介した左の動画では立体的な電磁場の広がりについて説明されています。

アンテナ

ではこの電磁場をどのように受信すればよいでしょうか。
磁場はおいといて、電場だけを見てみます。
電場は波として進むため半周期で向きが変わります。
電子に電磁波が当たると

電子が電場の向きと逆方向に力を受けて動きます。
すなわち電子は電場に合わせて振動するということです。
電場を電子の振動に変換すれば電波を受信できるということです。
そこで考えられたのがダイポールアンテナです。
L字型の2本の金属線を逆向きにしてつなげたものです。

このように電場によって電子が動くために電流として電波を受信できます。
またこの金属線に交流を流せば電子が振動し、電荷の作る電場が送り出されることで電波を送信することもできます。

では実際にL字型の針金をつなげればそこら中を飛び回っている電波を受信できるのでしょうか。
てきとーに100均で針金を買ってL字型にして電球とつなげても光りませんでした。
理論的には何となくわかったのですが、実際にどうやるかがよくわからなかったのでもう少し調べました。

実際に作る

電波を受信したことをわかりやすく知るにはラジオやWiFiの電波を受信して、音や光として検知できれば良いと考えました。
そこで実際に作っている人のブログや動画を見てみました。
やっぱり手軽に作りたいので100均のものだけでできないか調べました。

・100均アイテムを使って結構真面目にラジオを作ってみた

tk2016さんの動画です。
左のPART1ではゲルマニウムダイオードという100均で手に入らないものを用いていますが、右のPART3で100円のナツメ球を分解した部品を用いることですべて100均のものでラジオを作っています。

しかし回路図が全く読めないため、ナツメ球を分解してどのようにつなげたのか、ボタン電池らしきものをつけているのかよくわからないところがあるために実行に移すのを保留にしています。
あとこの動画ではアンテナとしてダイポールアンテナではなくデルタアンテナを用いています。
まだデルタアンテナの原理は調べてないです。。

・１００円ショップだけでラジオの部品を揃える

これはブログです。
傘でラジオを作っています。
結構手順が詳細に載っているイメージを受けるため、一番現実的に作れそうな気がしています。
しかし傘型だと少しでかいなーとか思ったり、100均にまだメロディカード売ってるのかなとか思ったりして実行に移せてないです。
試さないと始まらないので本当はなんでもすぐに実行した方がいいということはわかってはいるのですが。。
もう少しコンパクトなものはないかなーなんていろいろ探してしまいます。

・アマチュア無線簡易電波チェッカーの作り方紹介

アマチュア無線ファイブナインさんの動画です。
発光ダイオードで電波を受信すると光って検知できます。
めちゃくちゃシンプルでコンパクトでいいなーと思いました。
作ろうと思ったのですが発光ダイオードがない。
ホームセンターにもあまり置いていないぽく、ネットで100個500円で買うのもそんな要らないし。
また動画では無線機から電波を出していますが、WiFiやテレビ、スマホやパソコンの電波は拾えるのだろうかと思ってしまい、ダイオードを買う前にもう少し調べることにしました。

・電波を見える化　簡易電界強度計（テレメーターテスター）の作成

ブログです。
ブレッドボードで回路を組んで電波を受信するとダイオードが光って検知できます。
まず倍電圧回路という回路を作って無線機の電波を受信できたそうなのですが、WiFiなどの弱い電波は受信できなかったそうです。
そのため上の電波チェッカーも無線機の電波しか感知できなそうだなと思いました。
次にオペアンプを用いた非反転増幅回路をつくってWiFiの電波を検知できるようにしています。
しかし用語と回路図がわからないので作れません！
また部品も秋葉に行かないと集められなさそうです。。
では昔に戻って歴史的なものを調べてみました。

・カッターとエンピツのラジオを自作する【塹壕ラジオ】| Foxhole radio

ざんごうラジオです。
戦争中、兵隊が穴掘ってその中で使っていたみたいです。
ここではなんと、ゲルマニウムダイオードをカッターの刃を火であぶって酸化させたものと鉛筆の芯を用いることで代用しています。
しかし音を出す部分がクリスタルイヤホンでないといけません。
クリスタルイヤホンとはあのDr.Stoneに出てきたロッシェル塩を用いたイヤホンでそんなもの近くに売っていません。

他にいい方法はないのかともっと昔にさかのぼると

・コヒーラ

金属の酸化膜が電波で破壊されることを利用した電波検知法です。
電池とLEDをつないだ回路にアルミホイルの玉や金属粉を入れたものをつなげます。
そこへチャッカマンやライターをカチッと押して火をつければ、酸化膜がはがれて回路がつながりLEDが光るということです。
チャッカマンなどは火をつけるのに圧電素子というものを用いて電気を出すことでガスを引火させています。
そのときの電気が電波として伝わるということです。
しかしこれは電波の受信というよりは電波の衝撃の検知みたいなイメージのためにちょっとなーって感じてしまいました。
やっぱり光の強さや音の振動として検知したいなーとか思ってしまいます。
まずはできることからやるべきなんですけどね。

そうしてたどり着いたのが

・ゲルマニウムラジオキット

いやー、調べるのが疲れたんでもう出来合いのものでいいかなーなんて思ってしまいました。
材料を探すのも楽しいのですが時間がかかりすぎたりできるかわからないことに時間をかけすぎるのもなーとか。。
いやそれが面白いのは知っているんですけどね、飽きないうちに完成させたいなーと思いまして。
まだ届いていませんがキットでも100％作れるわけではなさそうで難しそうです。

やっぱ物理って難しいです。
千空あたまよすぎだろー。


amazonで買ったゲルマニウムラジオキットの記事はこちらです。
意外と苦労しましたができたので良かったです！