親子活動(三)富蘭克林鐘

生活科學趣談

這個裝置屬於富蘭克林馬達(Franklin motor)的一種形式,利用庫侖靜電力來推動轉子

不過靜電遊戲在夏天不太容易玩得起來,因為空氣中水氣的絕對濕度太高,導致靜電很容易被水氣導掉而不易蓄積,因此實驗場所得用除濕機先除濕才容易成功。今天來玩另一個趣味實驗「富蘭克林鐘」,但不是使用摩擦PVC水管的方式,而是利用電蚊拍的直流高壓電來推動。因為電蚊拍是使用倍壓電路來輸出直流電壓,所以有正負極,拍網有3層,外面2層是負極,中間那層是高壓正極。

準備物品:電蚊拍、易開罐、紙杯、鉛筆、膠帶、電線

實驗方法:
1. 從電蚊拍的拍網中間正極拉出一條電線,電線必須小心不要與外層的拍網短路,然後從外層拍網負極(任何一面均可)再拉一條電線出來。
2. 將兩條電線以膠帶各貼在2瓶易開罐的頂部未塗漆的金屬部位。
3. 以膠帶將一隻削尖的鉛筆立於地面或桌面上。
4. 在紙杯中央以錐子鑽一小洞,然後從杯底外側貼一小塊膠帶將小洞補起來,再將紙杯倒著立在鉛筆上,確定筆尖正好落在小洞處。
5. 將貼上正極的那瓶易開罐放在絕緣的物體上(塑膠片或書本),將易開罐推到距離紙杯口約2mm處。
6. 打開電蚊拍的開關,如果電蚊拍的輸出功率夠大的話,此時紙杯就會振盪起來。若仍無動靜,則把另一個貼上負極電線的易開罐也推到紙杯另一側。

原理:紙杯在靠近正極易開罐的那一側會被感應成帶負電,於是就會被帶正電的易開罐吸引過去(註:更精準的說法是「紙杯纖維中或多或少含有水,這些H2O偶極子在電場作用下,會旋轉而彼此排列呈同一方向,水分子靠近正極那一端所受的引力會大於遠端的斥力,於是合力方向朝向正極」)。一旦紙杯觸及易開罐,會藉由接觸起電而帶有正電荷,於是同性電相斥而將紙杯斥開。接著紙杯會被推去撞擊以負極電線連接的易開罐,於是紙杯上的正電荷經由接觸而被導掉,然後再度被正極的易開罐吸引而重複擺動的過程。

【警語】連接正極的易開罐帶有高壓電(約2000V),觀察時身體不要碰觸到該處以免觸電。實驗結束關掉開關後,也應先以螺絲起子伸進拍網中間將電導掉,然後才可移動正極的易開罐。

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