2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a simple heliostat for science education
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15K00950
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| Research Institution | Tsuyama National College of Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 誠 津山工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (90413830)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ヘリオスタット / 物理教育 / 太陽光 / モノクロメーター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
簡易なヘリオスタットの構成を検討した結果，当初想定していた2軸制御による太陽光追尾に困難があることが判明した．一枚の鏡で直接反射光を導く場合，鏡の法線方向の制御が煩雑になる．一方，鏡の角度制御の精度が当初の予想ほど高い必要は無く，赤道儀の極軸設定の精度が低くても利用上大きな支障がないことが分かった．簡便な方法として赤道儀の回転を地球の角速度の半分に設定して用いることを検討したが，これは，厳密には太陽の方向と光線の導き先が極軸に垂直な平面内に存在するときのみ成立し，一般的な条件では利用できないことが分かった．結局，2枚の鏡を用い，一旦太陽光線を極軸方向に反射し，その後，実験に用いる方向へ導く方式が簡素で現実的であるとの結論を得た．一枚目の鏡は赤道儀に角度を固定して設置し，極軸上の2枚目の鏡も角度を固定して，目的の方向へ太陽光線を導くよう調整すれば，共に鏡の角度の調整，制御は不要になる．
太陽光を追尾することで簡便に設置のできるヘリオスタットの開発を目的としたが，検討の結果，現実的には市販されている簡素な赤道儀とその極軸上に角度調整できる鏡をそれぞれ1枚配置した構成が適当であると判断された．
ヘリオスタットにより実験室内へ導いた太陽光線の有効な利用のひとつとして，モノクロメータを用いた単色光の抽出を検討した．対向させた一組の反射型回折格子による波長可変モノクロメータをDVD-R片を用いて構成した．角度の調整より簡便な，回折格子間隔を平行移動で調整し，任意の波長の光線を抽出することを確認した．太陽光線の連続スペクトルとしての特徴と高い強度を活かして，単色の比較的明るい，単色光源を得ることができた．干渉実験において干渉縞の間隔が波長を連続的に変化させることそれに伴い変化することを観察することができ，教育的効果が高い．
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