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變聲氣體

生活科學趣談

下列影片中的氣體是六氟化硫 (SF6),其分子量高達146,是空氣平均分子量28.8的 5 倍,由於同溫同壓同體積的氣體具有相同的分子數目,因此密度就是空氣的 5 倍,致使裝著空氣的鋁箔船能漂浮在六氟化硫的氣體海中

Steve在影片1分之後則示範了六氟化硫的絕緣與防電弧效果,電弧是一種氣體放電現象,中性氣體原本不能導電,為了在氣體中讓電流通過,就必須使氣體分子電離成為正離子和電子。在電擊棒的例子中,高電壓所形成的強電場會造成負極表面的尖端放電,使負極產生電子的自發射。這些電子被高壓電場加速後,撞擊了電中性的空氣分子,當氣體得到電子撞擊所提供的能量,原子中的基態電子可從較低的能階躍遷到另一個較高的能階。若入射電子的能量夠高,就能使原子中的束縛電子脫離而形成自由電子與正離子。氣體在產生電離的同時,帶異性電荷的正離子和電子也會複合而產生電弧的光與熱,一旦電離速度和複合速度相等時,電弧就會趨於穩定的動態平衡。一般而言,帶電粒子的復合現象會減少帶電粒子的數量,從而降低電弧的穩定性。由於六氟化硫具有很強的電負度(吸引電子而將自己變成負離子的能力),因此六氟化硫分子很容易俘獲自由電子而形成負離子,質量大的負離子在電場中加速緩慢,使得其與中性分子碰撞後發生電離的難度增加,從而削弱了放電的發展過程。加上六氟化硫的吸熱作用大,導熱係數也大,對電弧的冷卻效果極強,因此電弧在六氟化硫中會變得非常細甚至完全無法產生。

至於六氟化硫的變聲機制與大家常玩的氦氣是相同的原理

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