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用驗電器來學摩擦起電、接觸起電與接地的概念

做好的驗電器要來做什麼呢?學習摩擦起電、接觸起電

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2016-12-14 18:15:45 最後編修
2016-12-14 18:12:33 By zfang
 

做好的驗電器要來做什麼呢?

去年是用氣球來做測試,今年則用吸管與衛生紙來做,並且是在課堂中操作,並學習摩擦起電、接觸起電與接地的概念。(關於驗電瓶創作,請見這裡。)

 

[驗電瓶基本做法]

1.剪二張0.6公分寬、3公分長的鋁箔,在鋁箔上方刺一個小孔,讓鋁箔能活動自如。

2.瓶蓋上小心割一個開口,將迴紋針由內往外拉開,一端掛上二片鋁箔,另一端套入瓶蓋,與瓶身組合就完成了驗電瓶。

 

[摩擦起電與靜電感應]

1.以廚房紙巾 (或抹布)用力摩擦粗吸管至少10次。

2.將摩擦後的吸管靠近驗電瓶上方露出的迴紋針,小心不要讓它們接觸。此時瓶內的鋁箔有什麼變化?如果鋁箔會張開,就代表吸管上帶有靜電。

3.移開吸管,觀察鋁箔變化?

4.如果是未摩擦的吸管靠近驗電瓶,驗電瓶會有反應嗎?

5.增加吸管與衛生紙摩擦的次數,吸管被摩擦的次數越多,鋁箔張開的角度就越大嗎?

6.調整吸管與驗電瓶的距離,觀察吸管距離與鋁箔張開角度的關係。

7.隔一段時間再測試,吸管上頭是否還有靜電?摩擦後產生的靜電是否會一直停留在物體上?

8.相同的方法測試摩擦後的衛生紙,衛生紙也能讓鋁箔張開嗎?

9.多掛幾張鋁箔片在驗電瓶中,帶靜電的吸管靠近時,這些鋁箔會有什麼變化?

10.試試用鋁箔紙條連結二個驗電瓶,帶靜電的吸管只靠近一個驗電瓶,較遠端的驗電瓶是否也有變化?靜電能被傳遞嗎?

[延伸思考]如何利用驗電器來測知帶電體的電性呢?

 


[接觸起電與接地]

1.把摩擦後帶電的吸管直接碰觸驗電器上方的迴紋針,鋁箔會張開嗎?移走吸管,鋁箔是否閉合?

2.輕輕用手指碰觸迴紋針,原本張開的鋁箔發生什麼事?為什麼會這樣?

 

[結果與原理]

不同物質相互摩擦就會產生靜電(稱為摩擦起電)。其中一方失去電子帶正電荷,另一方得到電子帶負電荷,殘留在物體表面的電荷就是靜電。靜電不須碰觸就能感應,距離越近,感應越強。

將帶電吸管靠近驗電瓶上方迴紋針,原本閉合的二片鋁箔會張開,角度越大,代表靜電越強。這也是因為靜電感應,而使迴紋針與鋁箔產生電荷分離的現象,下方鋁箔帶有同種電,彼此相斥而張開。靜電越強,排斥力越大,張開角度越大。


驗電瓶原本是電中性,受帶負電吸管而產生靜電感應。上端迴紋針被吸引帶正電,下方鋁箔則帶負電。
二片鋁箔因為帶有相同的負電而排斥張開。


靜電夠強,整個瓶子靠近帶電體,鋁箔就會張開,不一定要將帶電體靠近上方迴紋針。

若是不碰觸,帶電吸管只要靠近驗電瓶,鋁箔就會張開,移走帶電體就會閉合。若將帶電吸管直接接觸驗電器,能將電荷導入使鋁箔一直維持帶電的情況,即使移走吸管,鋁箔仍是維持張開,這種因接觸而產生靜電的方式稱為接觸起電。


透過接觸的方式,可以將靜電傳遞。
如果驗電瓶中有好幾張小鋁箔片,鋁箔片也同樣因相斥而張開。

當手指碰觸迴紋針,張開的鋁箔會立即閉合。因為人是導體,能將靜電導走或中和,這也是接地的效果。若是從手指上轉移的電荷較多,就會讓我們有觸電的感覺了。靜電可以被導體傳遞,因此用鋁箔紙條連結二個驗電瓶,帶靜電的粗吸管只要靠近一個驗電瓶,較遠的那一個驗電瓶也會有變化。

不同材料產生與累積靜電效果不同,絕緣體材料較容易保留靜電,金屬導體因為電子可以自由移動,靜電很快就消失。實驗中,塑膠材質的吸管較衛生紙容易蓄存靜電。也因為水是導體,空氣濕度會影響靜電的留存。台灣冬天濕度低,靜電容易累積並儲存在物體上;夏天較潮溼,靜電消失較快。國外氣候特別乾燥,靜電現象就很明顯了。

除了電量大小之外,驗電瓶也能檢驗電性,需先用接觸起電方式讓驗電瓶帶已知電性使夾角微開。當帶電體與驗電瓶帶同種電,鋁箔夾角會變大。反之,帶不同種電的物品靠近則夾角變小。

 

 

 

(相片由axer協助)

2015-12-23 

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訪客留言

羅筱喬
這樣說跟本看不懂 @2017-01-11 20:36:42

zfangの科學小玩意
謝謝您的建議,部落格文章一直是寫好玩的,由讀者自己去發揮。也許要更明確做小標,寫出哪裡是感應起電、接觸起電,是嗎? 要等我有空才能再修。這陣子您有任何想法也可以再建議。
2017-01-16 21:40:33

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