ここでは、手に入れやすい素材を使用した実験「エコ発電」の方法をご紹介。自由研究テーマ選定の参考にしていただきたい。
自由研究：中学生向け 小学生向け
火力・水力・原子力ではない、新しい発電方法を調べる～エコ発電を体験しよう～
第1分野【物理】実験
制作時間：2時間 難易度：★★★
生活に欠かせない電気エネルギー。現在、さまざまな発電方法がありますが、将来的には環境にやさしく、長く続けられる発電方法を見つけ出すのが課題となっています。そこで、私たちでも手軽に発電できる「エコ発電」について考えてみましょう。
用意するもの
5mm赤色LED＊ 圧電スピーカー＊ 赤色3WパワーLED＊ 電子オルゴール＊
＊用意するものは、すべて通信販売などで購入できます。
実験1 やってみよう 衝撃発電とLED発電に挑戦する
★手順 全5工程
スピーカーに電流を流すと音が出ます。また、赤色LEDに電流を流すと光ります。それでは反対に、スピーカーに振動を与えたり、赤色LEDに光を当てると電流は流れるのでしょうか。
圧電スピーカーや、大型の赤色パワーLEDを使って調べてみましょう。
圧電スピーカーからのびる赤色の導線と赤色LEDの長い足、黒色の導線と短い足とをそれぞれ接続する。
圧電スピーカーの中央を指ではじいて衝撃を与える。そのとき、赤色LEDが光るかどうかを観察する。
電子オルゴールからのびる導線の被覆をはがす。赤の導線を赤色パワーLEDの＋（プラス）側、黒の導線を－（マイナス）側に、それぞれ接続する。
※赤色パワーLEDの接続方法は種類によって異なるが、図のようにはさみこむタイプのものが多い。
太陽光に赤色パワーLEDを向けると、電子オルゴールが鳴るかどうか調べる。
蛍光灯の光や懐中電灯の光など、さまざまな光源を赤色パワーLEDに当てて、電子オルゴールが鳴るか調べる。
うまくいかないときには
接続する部品同士の導線をつけまちがえない
●圧電スピーカーと赤色LED を接続するとき、また電子オルゴールと赤色パワーLEDを接続するとき、導線の色や＋と－を間違えると、実験は成功しません。よく確認しましょう。
●実験で使うLED は赤色が適しています。ほかの色のLEDでも電流は流れますが、うまくいかない可能性があります。
なぜそうなるの？ ～LEDと太陽電池の構造は同じ～
光が当たると電流が生まれ、電流を流すと光を発する
LEDや太陽電池は半導体と呼ばれる物質でできています。半導体は、導体（電気を通す物質）と不導体（電気を通しにくい物質）との中間の性質をもっています。
半導体は不純物を加えることで、さまざまなはたらきをもちます。そして、加える不純物の種類によって内部に電子が多くなる－（マイナス）型と、電子が不足し、電子の抜け穴ができる＋（プラス）型に分けられます。
太陽電池やLEDはこの2つを接合させて作られています。接合部に光が当たると電子が飛び出し、そのぬけた穴の数も増えます。飛び出した電子が導線を通ると電流になります（A図）。
一方、接合部に電流を流すと、図のように抜け穴に電子が入りこみます（B図）。このときに解放されるエネルギーがLEDの光となって外に出て行くのです。
●太陽電池・LEDと電流・光の関係
接合部に光が当たると電子が飛び出して電流が生まれる。また電子が流れると発光する。
実験2 やってみよう 温度差を利用した発電に挑戦する
★手順 全4工程
身の回りに、温度が均一な場所はほとんどなく、同じ物体でも温度に差があります。どこにでも存在する温度差を利用して、電流を流すのが「ペルチェ素子」です。
ペルチェ素子の片面を温め、もう片面を冷やして、電流を流してみましょう。
用意するもの
ペルチェ素子＊（8Aタイプがよい）、ソーラーモーター＊、セロハンテープ、保冷剤、ドライヤー、電子オルゴール＊
＊通信販売などで購入できます。
ペルチェ素子とソーラーモーターを接続する。
ペルチェ素子の、表面（数字などの刻印がついていない側）を下に向け、保冷剤の上にのせる。
※ペルチェ素子のメーカーによっては、刻印面を保冷剤にのせるタイプのものもあります。
ペルチェ素子の表面をドライヤーで温める。ソーラーモーターが回るかどうか観察する。
ソーラーモーターを電子オルゴールに置きかえ、ペルチェ素子と電子オルゴールからのびる導線は、赤と黒それぞれ同じ色同士を接続する。電子オルゴールが鳴るか観察する。
そうなんだ！ ～温度差で電気が生まれるしくみ～
金属はその種類によって、電流の流れやすさが違います。2種類の金属を接合させた部分を電流が流れるとき、流れやすい金属から流れにくい金属に移動するときには、エネルギーの差の分を周囲から熱エネルギーをうばって補います。
反対に、流れにくい金属から流れやすい金属に移動する場合は、余ったエネルギーを周囲に熱として放出します。この性質を利用して、接合部に温度差を与えると電流が流れるのです。
レポートのまとめかた
赤色3WパワーLEDを使うとLED1個でオルゴールが鳴りますが、赤色5mmLEDでも数を集めると鳴るのでしょうか？つなぎ方（並列か直列か）によって、どのような違いがあるか比べて表にまとめましょう。
保冷剤とドライヤーを使った方法以外で、ペルチェ素子に温度差をつけて発電する方法を考え、実際に試してみましょう。
自由研究 中学生の理科 Newチャレンジ発行：永岡書店
＜著者プロフィール：野田 新三（のだ しんぞう）＞
1970年大阪生まれ。不思議に思ったことは「自分で確かめたい」という気持ちから、理科に興味を持つ。95年千葉大学大学院教育学研究科を修了後、理科の教諭として教壇に立つ。
