实验:制造看得见、听得到、感觉得到的电火花!

 

电荷看不见、摸不着,有什么办法能让我们感知得到它们呢?一起制造一个起电盘和莱顿瓶,储存电量,制造看得见、听得...






电荷看不见、摸不着,有什么办法能让我们感知得到它们呢?一起制造一个起电盘和莱顿瓶,储存电量,制造看得见、听得到、感觉得到的电火花!

工具和材料



制作起电盘材料:

胶带;

塑料杯;

一次性铝制馅饼盘;

塑料发泡餐盘或泡沫塑料包装材料(用于包装电子设备的那种),越厚越好;

一块羊毛或腈纶布(其他织物可能也会起作用,但羊毛和腈纶布肯定会起作用);

制作莱顿瓶材料:

35mm塑料胶卷筒或类似大小的塑料容器,如药瓶;

比胶卷筒稍长一点的钉子;

铝箔;

自来水;

组装

组装起电盘:

  • 把泡沫杯(嘴朝下)放到馅饼盘内侧,用胶带固定。(注意,不能使用家用胶水,因为会溶解泡沫。)
  • 如果你用的是泡沫餐盘,需要把它倒过来使用(盘底朝上)。把你的馅饼盘放在倒置的盘子或泡沫包装材料的上面。
组装莱顿瓶:

  • 钉子穿过胶卷筒瓶盖的中心。
  • 将铝箔包裹在胶卷筒的底部,大约到瓶身的2/3处即可。可以用胶带固定住铝箔。
  • 把胶卷筒装满水,然后盖上盖子。瓶盖上的钉子需要接触到瓶里的水。


操作步骤及注意事项

1.用羊毛摩擦泡沫板的底部,如果这是你第一次在静电实验中使用这块泡沫板,那么需要摩擦至少1分钟。

2.握住泡沫杯手柄(塑料杯),将馅饼盘放在带电泡沫板的顶部。用手指触摸馅饼盘。你可能会听到“啪”的一声并且有触电的感觉。握住泡沫杯手柄将馅饼盘拿开,此时馅饼盘与泡沫板是“吸”在一起的,你需要用另一只手将它们彼此分开。
3.现在馅饼盘是处在“充电”状态下的,如果此时用手指触碰馅饼盘,可以将电释放。在放电过程中,你会听到“啪”的一声,有触电的感觉,如果房间里漆黑一片,你还可能会看到火花。

4.将馅饼盘放在远离泡沫板至少25厘米的地方。泡沫板“充电”一次,泡沫板和馅饼盘接触后,可为馅饼盘“充电”多次。便携式的馅饼盘可以应用于许多静电实验中。
5.为了在放电时产生更大的火花,则需要用到制作好的莱顿瓶。握住莱顿瓶瓶身上的铝箔,将莱顿瓶上的钉子接触充好电的馅饼盘,则可以为莱顿瓶“充电”。当你的一根手指接触铝箔,另一根手指接触钉子时,可以为莱顿瓶“放电”。注意观察放电时出现的火花。

实验原理

用羊毛摩擦泡沫板时,因为泡沫板会从羊毛上吸引电子,泡沫板带上了负电荷。通常,全新的泡沫板会带有正电,所以要用羊毛摩擦泡沫板足够长的时间,才能中和初始的电荷,使泡沫板带上强大的负电荷。塑料泡沫是绝缘体,它将一直保持着带电状态,直到电荷泄露到空气中或表面的水层时,塑料泡沫才会“放电”。

当把馅饼盘放在泡沫板上时,泡沫上的电子排斥馅饼盘上的电子。由于电子无法离开馅饼盘,因为它完全被绝缘空气和泡沫包围,所以馅饼盘此时是电中性的。如果你触摸馅饼盘时,移动电子会离开馅饼盘,转移到你的手指上。当电子在空气中跳跃几毫米到达你的手指时就会产生火花。当移动电子撞击空气中的其他电子时,火花中的空气发生电离,电离的空气发出光和声音,你也能感觉到电子在手指中的流动。

电子转移到你的手指上后,馅饼盘就带上了正电荷。你可以握着馅饼盘的手柄将它靠近其他带点物体,如手指,馅饼盘就会吸引电子,产生第二个火花。

当用带正电的馅饼盘接触莱顿瓶上的钉子时,钉子上的负电荷流向了馅饼盘。钉子上产生的正电荷通过手指将人体所带电子吸引到了瓶子的铝箔上。所以,莱顿瓶的中心带正电,周围的铝箔带负电。当你的一根手指接触铝箔,另一根手指接触钉子时,莱顿瓶会“放电”出现火花,因为手指的联通,负电荷会通过手指流向带正电的钉子。

莱顿瓶的魅力在于它可以存储几个带电馅饼盘的电荷,从而产生一个更大、更明显(通过手指时也会更疼的)的火花。

知识链接

莱顿瓶是现代电容器的前身,在1745年被研制出来。电学家们利用它作了大量的实验,其中最壮观的是法国人诺莱特在巴黎一座大教堂前所作的表演,诺莱特邀请了路易十五的皇室成员观看莱顿瓶的表演,他让700名修道士手拉手排成一行,队伍全长达275米。然后,诺莱特让排头的修道士用手握住莱顿瓶,让排尾的握瓶的引线,一瞬间,700名修道士,因受电击几乎同时跳起来,在场的人无不为之目瞪口呆,诺莱特以令人信服的证据向人们展示了电的巨大威力。

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