[論文レビュー] LOT-G3: Plasma Lamp, Ozonator and CW transmitter

Ricardo Gobato, Desire Francine Gobato+1 more|arXiv (Cornell University)|May 20, 2015

Bluetooth and Wireless Communication Technologies被引用数 7

ひとこと要約

LOT-G3 は、高価でない多機能な教育用デバイスであり、高校物理教育を目的として、プラズマランプ、オゾン発生装置（オゾネーター）、連続波（CW）モールスコード送信機を統合している。入手可能な材料で構築された本装置は、簡単な高電圧回路を通じて電磁気の法則、ガスのイオン化、オゾンの生成を示し、電磁気学、大気化学、無線送信に関する実践的学習を提供する。

ABSTRACT

The LOT-G3 is designed to be a versatile equipment that perform several simple experiments for use in helping the physics classes for high school. Easy construction, low cost, using easily accessible materials. Its construction involves simple practices and knowledge of electromagnetism. It has the function of a plasma globe to demonstrate the ionization of a low pressure gas, as well as the formation of magnetic field. Can be used as sanitizer closed environments such as automotive vehicles in ozonator function, demonstrating the ionization of oxygen in the atmosphere, producing ozone, essential to life on earth. And as a sparks transmitter, low power, low frequency modulated continuous wave in (CW), for signals in Morse code. Therefore the equipment here called LOT-G3, has three functions: a plasma lamp, ozonator and CW transmitter.

研究の動機と目的

• 高校の物理教室で使用可能な低コストでアクセス可能な教育用デバイスを開発し、コアとなる電磁気学の法則を示すこと。
• 機能的なプラズマランプを通じて、学生がガスのイオン化とプラズマの形成を学べる環境を提供すること。
• シンプルなオゾネーター機能を用いて、酸素のイオン化による大気中のオゾン生成を示すこと。
• モールスコードによる連続波（CW）無線送信を学べる実践的プラットフォームを提供すること。
• 電磁気学、イオン化、波動伝送の複数の物理学的概念を、1つの低コストで自作可能なデバイスに統合すること。

提案手法

• 飛行変圧器とトランジスタを用いたスイッチングにより、高周波交流を発生させる高電圧オシレータ回路の構築。
• 低圧の希ガスを充填したガラス球を用いて、可視的なプラズマ放電を生成し、イオン化と電界の効果を示す。
• 回路の改造により、空気のイオン化に適した高電圧・低電流出力を得て、酸素分子（O2）からオゾン（O3）を生成する。
• キーイング機構を統合し、出力信号をモールスコードに変調することで、CW送信を可能にする。
• アクセスしやすい低コスト部品（トランジスタ、抵抗、コンデンサ、高電圧変圧器など）を用いる。
• 教室でのデモンストレーションや学生の実験に適した、コンactで安全な封印されたユニットの設計。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つの低コストデバイスが、高校の教育現場で複数の物理学的現象を効果的に示す方法は何か？
• RQ2 入手可能な部品を用いて、安全かつ可視的なプラズマ形成を実現する回路設計は何か？
• RQ3 同じ高電圧回路が、大気中の酸素からどれほど効果的にオゾンを生成できるか？
• RQ4 同じコア回路を用いて、モールスコード送信に適したシンプルなCW送信機を構築できるか？
• RQ5 プラズマ、オゾネーター、送信機の機能を統合することで、学生の電磁気学および大気化学の理解はどの程度向上するか？

主な発見

• LOT-G3 は、低圧ガス環境下で可視的なプラズマ形成を成功裏に実現し、イオン化と電界線の効果を示した。
• 本装置は、高電圧によるイオン化を通じて大気中の酸素からオゾンを生成し、臭気および化学的検出による確認が得られた。
• CW送信機機能は、安定した変調信号を発生させ、短距離通信に使用可能な信号を生成した。
• 1つの共通の高電圧オシレータ回路を用いて、3つの機能すべてが効果的に動作した。
• 基本的な電子回路知識を持つ高校生が、広く入手可能な部品を用いて本装置の製作が可能であった。
• 本装置は、電磁気学、ガス放電物理学、無線波送信を1つのシステムに統合した多機能教育ツールとして有効であった。