金属探知器と金属
1997.12.12 札幌仮説サークル用レポート
.17 加筆。パソコン仮説サークル
1998.8.25 加筆訂正ホームページ版
仮説実験授業研究会会員 丸山秀一
■壁内センサーが金属探知器に
壁内センサーAD-1112，（株）エー・アンド・デー，購入価格1980円
このセンサーを購入したのは，壁の中の木材だけでなく，金属や電気の流れているコードなども検知できるからです。特に〈金属を探知できる〉ということは，一種の金属探知器ではないかと思ったからです。
それでいろいろと実験して調べてみると，このセンサーを金属探知モードにすると，たしかに金属探知器として働くことがわかってきました。以下にいくつかの実験を授業書風にあげておきますので，みなさんも予想しながら読んでみてください。
なお，以下この壁内センサー（を金属探知モードにしたもの）のことを「（金属）探知器」と呼ぶことにします。
このレポートは，授業書〈自由電子が見えたなら〉と〈電子レンジと電磁波〉を知っていることを前提に作成しました。金属の性質についてわかりにくい部分がありましたら，その二つの授業書を読み返してくださるようお願いいたします。
（問題）
ここに金属探知器があります。ジュースの缶などでその反応を見てみましょう。では，この探知器は，どうやって金属かどうかを見分けているのだと思いますか。
予想 ア 磁気を感じている
イ 電気の流れを確かめている
ウ 電磁波を出して調べている
エ そのほか
答えは，これからの問題のなかで考えてゆくことにします。
（問題）
金属探知器は，金紙や銀紙にも金属として反応するでしょうか。それとも紙のようなものだから，反応しないでしょうか。
金紙や銀紙は，アルミニウムを紙につけたものですが，金属探知器にたしかに反応します。鉄などと違って，アルミニウムはほとんど磁石には反応しませんから，この探知器は磁性で調べているわけではなさそうです。
もしかすると，この探知器を使って，〈自由電子が見えたなら〉の自由電子テスター（乾電池と豆電球の回路に調べるものを入れる）のように〈金属かそうでないか〉を見分けることができるかも知れません。
（問題）
それならポテトチップスの袋のようなアルミ蒸着のものには，金属探知器は反応するでしょうか。
アルミ蒸着のものは，「自由電子テスター（1.5V乾電池）」では豆電球を光らせることができません。だから，この金属探知器でも無理だろうと思ったら…。なんとしっかり反応します。ポテトチップスの袋やアルミ蒸着されたプラスチックのおもちゃ（メッキかもしれない）にも反応します。しかし，おもしろいことに，ヘリウムガスを入れて浮かべる風船は，アルミ蒸着のように見えるのですが，反応はありません。軽く作ってあるため，金属の量も少ないのでしょうか。
アルミ蒸着のものが「金属」として反応するということには，ボクにとって驚きであると同時にこの金属探知器の原理がわかったような気がしました。〈電子レンジと電磁波〉の授業書ではマイクロ波を使って，アルミ蒸着のものもたしかに金属であることを証明しています。それならこの金属探知器も電磁波を出して，電磁波を反射させるかどうかで金属かどうかを見分けているのではないでしょうか。手持ちの電磁波測定器で調べてみると，この金属探知器が，たしかに電磁波を出しているのがたしかめられたのでした。
（問題）
CDやLDも金属光沢があります。これは，内部にアルミニウムや金が使ってあるようです。これらに探知器は反応するでしょうか。また鏡はどうでしょうか。
CDは金属のまわりをプラスチックスでかためてあるので，自由電子テスターなどでは，調べることができません。しかし，電磁波はプラスチックスなどを素通りするので，CDの金属に対しても探知器は反応して，それが金属でできていることが確認できるわけです。同様に，鏡もガラスを通して反応することが確認できます。
またアルマイト加工のように，金属の表面が自由電子を失っている場合でも，この探知器を使えば，そのまま調べることができます。
この探知器で家の壁などを調べてみると，ユニットバスではすべての壁が反応するので不思議に思っていました。でもそれは，このあたりだけ断熱材にアルミホイルを使っているためだろうと見当がつきました。
（問題）
金属光沢を出そうと思ったら，金属を使うしかありません。辞書などの表紙の金文字なども，金属が使われているはずです。では，探知器で反応が出るでしょうか。金・銀のクレヨンなどはどうでしょうか。
ボクの経験では，自由電子テスターでいくら金文字などを調べてみても（サンドペーパーで表面をこすったりもしました），豆電球をつけることはできませんでした。そこでこの金属探知器を使ってみたのですが，やはり反応しません。いろんな辞書や百科事典でやってみましたがだめでした。金・銀のクレヨンや色鉛筆，ポスターカラーなども反応しません。使われている金属があまりに少ないと反応しないようです。
そうしているうちに「グリコ極カレー」の箱の金文字が反応することを確認しました。見るからに金属をたっぷり使っている感じです。
（問題）
食器などで金や銀の線が入っているものがあります。その金や銀の部分は探知器に反応するでしょうか。
食器などは，金や銀の部分がきちんと反応します。ただ細い線の部分などには，反応しないようです。また興味深いことに，電子レンジでチンしたときに火花の出ない金銀線入りの食器は，探知器にも反応しませんし，電子レンジで火花が出るものは，探知器にもきちんと反応する結果となりました。
（問題）
鉛筆の芯や石墨は金属ではないのに，電気をよく通します。金属探知器では，どうでしょうか。
これも興味深い結果となりました。探知器は，鉛筆の芯やシャープの芯，備長炭などには反応しないのですが，乾電池の炭素棒や石墨の原石などには反応します。これは黒鉛の割合の問題でしょうか。すると黒鉛の割合の多い芯では反応するのでしょうか。そこで9Hという鉛筆を買ってきて調べてみたのですが，やはり反応しませんでした。（これはボクの勘違い。黒鉛の割合が多いのは，HではなくBです。）
また，無煙炭は反応がありませんが，黒炭というのは反応が出ます。これは調べてみると，黒鉛ということがわかりました。
（問題）
フェライト磁石は，鉛筆の芯に似た色ですが，電気を通しません。それでは，探知器で調べたら金属の反応があるでしょうか。
これは反応します。鉛筆の芯はダメでフェライト磁石が反応するとなると，電気伝導度とはちがった結果です。しかし，〈電子レンジと電磁波〉では，フェライト磁石は，マイクロ波を吸収して発熱します。金属探知器も電磁波を使っているので，マイクロ波の時と似たような結果になるのかも知れません。
ゴム磁石もフェライト磁石だと思うのですが，これは探知器に反応しませんでした。
（問題）
砂鉄はどうでしょう。砂鉄（磁鉄鉱）も電気を通しません。
砂鉄を集めたものや磁鉄鉱そのものは，探知器に反応があります。では，砂そのものではどうでしょうか。砂そのものでは，反応がありません。そういえば，金属探知器をよくリゾート地の砂浜で硬貨を探すのに使っているのを見ますが，砂に反応していたのでは困るわけです。集めた砂鉄には反応するわけですから，反応にはある程度の量が必要ということがわかります。
（問題）
磁鉄鉱以外の鉱物にも，探知機で反応の出るものがあるでしょうか。
手持ちの鉱物標本で調べてみました。電磁波は，箱などを貫通しますので，箱を開けることなく調べることができて便利です。さて，やってみると鉄鉱石，金鉱石，黄鉄鉱，方鉛鉱，閃亜鉛鉱，クロム鉄鉱などに反応が出ます。これらはみな金属光沢を持っていますが，電気をほとんど通しません。金属の鉱物ならみんな反応が出るかというとそうでもなく，珪ニッケル鉱などの金属光沢のないものでは反応も出ません。
（問題）
それなら岩石で反応が出るものがあるでしょうか。堆積岩，火山岩，変成岩では違うでしょうか。
岩石標本に含まれている，堆積岩，火山岩，変成岩は，どれも反応がありません。花崗岩などには磁鉄鉱も含まれているのですが，まばらに含まれているためか反応はありませんでした（砂のときと同じことなのでしょう）。
（問題）
石墨は半導体ですが，電気をよく通すこともあり，探知器にも反応します。それでは，石墨以外の半導体を調べてみましょう。ホウ素，珪素，ゲルマニウム，黒リン，セレン，テルル，ヨウ素の各単体を調べてみたら，どうなると思いますか。
半導体の石墨は，しっかり反応します。石墨以外の半導体で，はっきりとした金属光沢があるのは，ゲルマニウムと珪素です。まるで金属のように見えるのですが，乾電池で豆電球を光らせることはできません。でも，この二つの単体は探知器にはっきりと反応しました。それ以外の単体は，探知器には反応しませんでした。
（問題）
お札などは印刷に特別なインクが使われているらしく，磁石に反応するものがあります。そういったものに探知機は反応するでしょうか。
これは，無理でした。どの札も反応はありませんでした。
（問題）
フロッピーディスクの磁性体や磁気カードには反応するでしょうか。
これらは磁石には反応しますが，探知器では反応がありません。
（問題）
金属探知器で人間を調べると，なにか反応があるでしょうか。
飛行場などでは，金属探知器を搭乗者に使って，武器を持っていないかどうか調べています。さて，人間を調べてみると，口のところで反応があります。義歯の金属などに反応しているようです。手術の後に，この探知機で調べれば，メスなどの置き忘れも防止できるかも知れません。
またある中学校の先生は，「この探知器でライター所持の検査ができる」といっていました。やってみると，使い捨てライターの金属部分に反応します。しかし，小銭などにも反応しますので，「実用」は難しいでしょう。
（質問）
金属探知器を使った遊びを考えてみましょう。
金属探知器は，金属探しに使われます。地下の金属鉱物や金属管を探したりしているようです。宝物が金貨などの金属であれば，宝探しにも使えます。そのための探知器は，きっと電磁波の出力も大きく，受信部もパラボラアンテナのようになっていることでしょう。今まで使ってきた探知器にも，パラボラの傘をつけたら感度が上がるかも知れません。
古紙回収の際に，ホッチキッスの針が混ざっていると具合が悪いのですが，それはこの探知器で簡単に見つけることができます。
ほかにもたのしい使い方や遊び方を見つけたら教えてください。
■さらに調べてみたいこと
この研究をしていて気になったことは，「電気伝導度と電磁波に対する反応の違い」ということです。それは「金属によって電磁波の反射率は違うのか」ということでもあります。金属が電磁波を反射するのも自由電子の働きですから，電気伝導度のように，電磁波反射率みたいなものがあるのでしょうか。そして，その程度はやはり銀・銅・金…という順番なのでしょうか。いや〈電子レンジ〉のように水が吸収しやすい電磁波は，周波数によって決まるので，周波数と関係があるかも知れません。このあたりを調べてみたいと思っています。
また，金属と探知器の間に，金属以外のものを入れて，反応がなくなることがあるでしょうか。探知器に反応しない蒸着のビニールなら，反応に影響はないでしょうか。
このようにまだまだ調べてみたいことがたくさんありますが，ひとまずレポートとしてまとめておくことにしました。これは，「そうだったのか」とわかってからでは，まとめる気力が起きないからでもあります。
ボクは，以前からたくさんの金属や半導体の単体を集めています。それで今回のような半導体を調べる実験も簡単に行うこともできました。この探知器の反応は，授業書〈程度の問題〉のように「程度の問題」なのかもしれません。
また，電磁波自体についての研究も『たのたの』11月号（藤森行人さん発行）にのった「身の回りの電磁波」に対する読者の反応を見て，さらに続ける必要を感じています。このように最近すっかり金属や電磁波に夢中になっているボクでした。
というのも，電磁波が五感にとらえられものではないため，こういった手段でたのしくイメージできないかと考えているわけです。
金属探知器で遊ぼう
問題編
（問題1）
ここに金属探知器があります。ジュースの缶などでその反応を見てみましょう。では，この探知器は，どうやって金属かどうかを見分けているのだと思いますか。
予想
ア 磁気を感じている
イ 電気の流れを確かめている
ウ 電磁波を出して調べている
エ そのほか
（問題2）
金属探知器は，金紙や銀紙にも金属として反応するでしょうか。それとも紙のようなものだから，反応しないでしょうか。
（問題3）
それならポテトチップスの袋のようなアルミ蒸着のものには，金属探知器は反応するでしょうか。
（問題4）
CDやLDも金属光沢があります。これは，内部にアルミニウムや金が使ってあるようです。これらに探知器は反応するでしょうか。また鏡はどうでしょうか。
（問題5）
金属光沢を出そうと思ったら，金属を使うしかありません。辞書などの表紙の金文字なども，金属が使われているはずです。では，探知器で反応が出るでしょうか。金・銀のクレヨンなどはどうでしょうか。
（問題6）
食器などで金や銀の線が入っているものがあります。その金や銀の部分は探知器に反応するでしょうか。
（問題7）
鉛筆の芯や石墨は金属ではないのに，電気をよく通します。金属探知器では，どうでしょうか。
（問題8）
フェライト磁石は，鉛筆の芯に似た色ですが，電気を通しません。それでは，探知器で調べたら金属の反応があるでしょうか。
（問題9）
砂鉄はどうでしょう。砂鉄（磁鉄鉱）も電気を通しません。
（問題10）
磁鉄鉱以外の鉱物にも，探知機で反応の出るものがあるでしょうか。
（問題11）
それなら岩石で反応が出るものがあるでしょうか。堆積岩，火山岩，変成岩で違うでしょうか。
（問題12）
石墨は半導体ですが，電気をよく通すこともあり，探知器にも反応します。それでは，石墨以外の半導体を調べてみましょう。ホウ素，珪素，ゲルマニウム，黒リン，セレン，テルル，ヨウ素の各単体を調べてみたら，どうなると思いますか。
（問題13）
お札などは印刷に特別なインクが使われているらしく，磁石に反応するものがあります。そういったものに探知機は反応するでしょうか。
（問題14）
フロッピーディスクの磁性体や磁気カードには反応するでしょうか。
（問題15）
金属探知器で人間を調べると，なにか反応があるでしょうか。
（質問）
金属探知器を使った遊び方を考えてみましょう。
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