自制靜電除塵演示儀

摘要:本文介紹了利用身邊易得器材制作一個靜電除塵演示儀的詳細過程。

關鍵詞:靜電除塵;電離 ;靜電

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2010)1(S)-0078-2

高中靜電學章節的知識比較重要，概念模型(點電荷、電場線、電勢等)十分精煉但又十分抽象，而且實驗安排很少，教師大多以講述的方式灌輸給學生。最近，我們自制了一套可以生動、形象地展示靜電性質的儀器——靜電除塵演示儀，拿出來與大家一起分享交流。

1 理論基礎

靜電除塵:含塵氣體經過高壓靜電場時空氣分子被電離，塵埃與負離子結合而帶上負電后趨向陽極表面，到達陽極表面放電而沉積。這樣含塵氣體被分離得到凈化。但是，嚴格的講“靜電除塵”中的靜電二字并不確切，因為粉塵粒子吸附上電荷后和氣體離子一起在電場力的作用下定向運動產生微小電流(i≤mA級)，所以嚴格的講應該叫電除塵，但習慣上將這種高電壓低電流現象包括在靜電的范圍內，仍叫它靜電除塵。

2 制作思路

2.1 利用高壓電場使空氣電離

空氣電離: 空氣在通常狀態下幾乎不能導電，但是當氣體分子獲得一定能量時，就可能使氣體分子中的電子脫離，這些電子成為輸送電流的媒介，氣體就有了導電的性能。氣體的電離分為自發性電離和非自發性電離。

非自(持)發性電離是在外界能量作用下形成的。如空氣受到X光、紫外線或其它射線的照射時，其分子因獲得能量而形成正負離子，帶有自由電子的原子、分子或它們的混合體形成負離子;失去一個或幾個電子的氣體分子形成正離子。一般每立方厘米的空氣中存在著100~500個離子，這只是導電金屬的自由電子的幾百億分之一，所以空氣一般都不導電。

自發(持)性電離則是在高壓電場作用下形成的。在高壓電場中，一個電子沿電力線從負極向正極運動，沿途將與中性原子或分子碰撞而引起碰撞電離。和氣體原子第一次碰撞電離之后，就多出一個自由電子，這兩個電子繼續飛向正極時，又由于碰撞引起電離、每一個原來的電子又多產生一個自由電子，于是第二次碰撞之后就變成四個自由電子。這四個電子又與氣體原子碰撞，產生更多的電子。所以一個電子從負極飛向正極時，由于碰撞電離電子數將雪崩似地增加，這種現象稱為“電子崩”或“雪崩電離”。空氣中電子、離子數目急劇增加，就使之能相對地導電。

2.2 要有合適的電場分布

儀器采用感應起電機提供高壓，為了使電除塵器中的氣體電離又不致將整個電場擊穿而產生短路現象，必須采用非均勻電場。即在放電電極周圍具有最大的電場強度，而在離放電電極較遠的地方，電場強度較小。適合這種條件的電場可以是其中一極的曲率半徑小于另一極的曲率半徑，本儀器采用一根細銅線對著一個透明玻璃圓筒便于氣體流通和觀察實驗效果。其電場線分布如圖2示。

2.3 采用合適的煙塵

煙塵的選擇是很重要的，身邊簡單易得的煙塵便是蚊香，如果能找到燃煙為有色的蚊香，效果更佳。

3 制作材料

根據制作思路本儀器采用材料:有機玻璃板(厚度4mm)、透明普通玻璃圓筒(直徑80mm)、漆包線(直徑1mm)、小合頁兩個、有機玻璃棒、接線柱兩個(紅黑各一個)、接線夾4個、導線、AB膠水、有色蚊香、蚊香盤。

4 制作過程

4.1 先用有機玻璃板制作有機玻璃盒子(長34cm寬30cm高8cm)

測量好有機玻璃后劃線切割成如3圖示。注意要先割除板心的圓而且圓的直徑要略小于8cm，余下的用圓銼打磨。

然后將玻璃板彎曲制成盒狀:一個邊一個邊的彎，用酒精燈均勻烘烤右圖虛線所示的邊界，在玻璃發出晶瑩光澤時說明玻璃已經變軟，迅速的將烘烤線與桌面的直角棱重合按下成型，馬上用濕的抹布原處冷卻，冷卻后即成型。

最后用長34mm寬8cm的有機玻璃板做前后門，后門用AB膠水粘貼，前門用合頁安裝。

4.2 安裝玻璃圓筒

要將玻璃圓筒裝在有機玻璃盒上，有機玻璃的厚度明顯不夠，采用局部加厚的辦法:用有機玻璃板切割出如圖4的三塊中間有孔的板子。

(1)將圖4中(1)所示的板固定在盒子的內表面

(2)將圖4中(2)、(3)所示的兩塊板由大到小固定在盒子外表面

(3)最后將玻璃筒子放入中心用AB膠水固定即可。

4.3 安裝線路

將直徑為2.5cm的有機玻璃棒從中間切開，取12cm左右的一半中心鉆孔，側面割出線槽貼在圓筒的下表面固定中線(去漆的漆包線)，下端引出線接黑色接線柱。

在玻璃圓筒的外表面均勻的等距的纏繞去漆的漆包線下端，接紅色接線柱。如圖5示。

5 儀器的使用及注意事項

5.1 操作步驟

(1)將紅色接線柱接感應起電機的正極、黑接線柱接負極。

(2)點燃有色蚊香并放入除塵器內底關好門，當看到有色煙一縷一縷的從玻璃管上口飄出后，搖動感應起電機即可看到明顯的現象:煙在玻璃筒中被散開后消失。

5.2 注意事項

(1)接線柱不能反接。

(2)搖動感應起電機時要注意節奏，不能過快也不能過慢。

(3)感應起電機只能順時針搖動。

6 結語

本儀器的制作需要一定的儀器制作基礎，在制作過程中要參考有關靜電的實驗，儀器都要嚴格的防止尖端放電和處理正負極的相對位置關系。本儀器做出來后效果明顯，在課堂演示時取得了很好的效果，極大地活躍了課堂氣氛，提高了學生的學習興趣，為學生理解靜電相關內容的概念和建立相關的模型起到了積極的作用。

參考文獻:

[1]黎在時.靜電除塵器[M].北京:冶金工業出版社，1993.

[2]謝廣潤.高壓靜電除塵[M] .北京:水利電力出版社，1993.

(欄目編輯張正嚴)