簡易靜電沉降器的制作

曹愛娟

摘要：現行高中化學教材簡要介紹了靜電沉降器原理，而一般學校的實驗室都不具備靜電沉降器等設備。為了便于教學，開展了試制簡易靜電沉降器的工作。利用可樂瓶、鐵桶、具支試管、靜電感應起電機、兩用打氣筒等器材，成功制作了簡易的靜電沉降器。經使用發現，該裝置能有效地吸收點燃的蚊香、香煙等物品生成的煙霧中的微小顆粒，課堂演示效果很好，有助于學生認識靜電除塵的原理和方法以及在治理環境污染方面的應用。

關鍵詞：靜電除塵；簡易沉降器；演示實驗；教具制作

文章編號：1005–6629（2015）8–0058–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

隨著我國現代工業的飛速發展，霧霾天氣越來越多，霧霾天氣嚴重地影響著人們的生活和健康。霧霾是由微小水滴和微小顆粒懸浮物擴散到空氣中形成的。霧霾中的霧是微小水滴，對人體不會造成影響，但霧霾中的霾是懸浮的顆粒物，吸入到人體中會對人體肺部及其呼吸系統造成傷害。為了防止懸浮顆粒物進入大氣，可以將混有懸浮顆粒物的氣體通過靜電沉降器進行處理。現行高中化學教材[1]中，為了說明在工業生產中減少懸浮顆粒物在空氣中的排放量，介紹了靜電沉降器原理，但沒有說明具體的制作過程和實驗方法，學生學習起來感到抽象，難以理解。為此，我們利用可樂瓶、鐵桶、具支試管、靜電感應起電機、兩用打氣筒等器材，制作了簡單靜電沉降器模擬裝置[2]，取得了較好的演示效果，現將其制作方法介紹如下。

1 除塵原理

靜電沉降器中正、負極之間有很強的電場，空氣中的氣體分子被強電場電離[3]，成為電子和正離子，正離子被吸附到負極（8號鐵條）上，得到電子，又成為分子。電子在向著正極（鐵桶內壁）運動的過程中，遇到空氣中的懸浮顆粒物，使懸浮顆粒物帶負電，吸附到正極（鐵桶內壁）上，最后在重力作用下落入下面灰斗中，粉塵聚集較多時，通過打開灰斗閥門（瓶蓋）將其回收。

2 實驗材料

可樂瓶（維生素飲料瓶，凈含量600mL）2個、鐵桶（“六個核桃”飲料桶）1個、兩用打氣筒（高中物理實驗室備有）1個、具支試管（2×18cm）1支、靜電感應起電機（如圖1所示，高中物理實驗室備有）、8號鐵條（長20cm）1根、導線2根、直角玻璃管2根、乳膠管（長4cm、30cm）各1段、木條（1×1.5×5cm）1個、板牙1個、螺絲母2個、鋼鋸1把、蚊香（長5cm）1條、剪刀1把、4號橡膠塞1個、電烙鐵1把、打孔器1套、火柴1盒、焊錫、紗布條、透明膠帶等

3 儀器制作與組裝

3.1 可樂瓶去底和打孔

取2個可樂瓶，用剪刀剪去瓶底，剩下高為12cm的無底可樂瓶（如圖2所示），在其中的一個無底可樂瓶頸部的兩側用打孔器打出直徑分別為1cm、0.2cm的小孔（如圖3所示）。

3.2 鐵桶去底

取1個“六個核桃”的空飲料桶，將其上底全部剪掉、下底剪去大部，在圓底直徑相對的部位分別保留2條鐵片（簡稱卡片，如圖4所示）。

3.3 木塊的加工

取1塊木條，用小鋼鋸鋸成與鐵桶直徑相當的木條，用手搖鉆在中間打一個直徑為0.3cm的透孔（如圖5所示）。

3.4 鐵絲套扣

取1根8號鐵條（長20cm），在一端的0～8cm范圍內用板牙套上螺絲扣，從上端旋入一個螺絲母至螺絲桿下端（距上端8cm處）。

3.5 裝配鐵桶

取帶卡片鐵桶，將加工后的木條從鐵桶的下端放入后恰好被鐵桶上方的卡片卡住，將帶螺絲母的鐵條從鐵桶下端穿過木條的中央小孔。在鐵桶下方用電烙鐵焊接上一根導線。最后用紗布條在鐵桶的上方外側纏繞三周（如圖6所示）。

3.6 加工橡膠塞

取一個4號橡膠塞，在中央位置用打孔器打出一個0.3cm的小孔；在中央小孔的一旁再打出一個0.4cm的小孔，并在其中插入一個直角玻璃管。

3.7 組裝沉降器

取一個去底的可樂瓶（如圖2所示），從下端放進裝配好的鐵桶；在瓶口處塞上帶有直角玻璃管的橡膠塞，使鐵條的上端穿過橡膠塞中央的小孔，用螺絲母將橡膠塞固定在可樂瓶上（如圖7所示）；在其下端套上一個帶蓋和兩個小孔的無底可樂瓶（如圖3所示）并使導線穿過右側的小孔（直徑0.2cm），用透明膠帶將兩個無底可樂瓶粘接在一起（如圖8所示）；取1段乳膠管，將具支試管的支管與橡膠塞上的直角玻璃管連接好后，再用透明膠帶將上方的可樂瓶與具支試管固定在一起。在具支試管的管口裝上帶有直角玻璃管的橡膠塞，用30cm長的乳膠管將玻璃管、兩用打氣筒連接在一起；鐵桶下端的導線與感應起電機的正極相連接，8號鐵條上的導線與感應起電機的負極相連接（如圖9所示）。

4 實驗裝置

實驗裝置如圖9所示。

5 實驗方法及其現象

5.1 無除塵效果

點燃蚊香或香煙后，用兩用打氣筒抽氣，可觀察到蚊香燃燒產生的煙被吸入到沉降器內，且煙道（具支試管）內充滿帶灰塵的氣體，說明氣體中懸浮顆粒沒有被沉降。

5.2 有除塵效果

搖動感應起電機2分鐘后并繼續保持勻速搖動，點燃蚊香或香煙，用兩用打氣筒吸入氣體，可觀察到蚊香或香煙燃燒產生的煙被吸入到可樂瓶內，且在煙道（具支試管）內消失，說明灰塵顆粒在靜電作用下發生沉降，吸附在鐵桶的內壁上。實驗結束后，讓感應起電機正、負極相互接觸放電，取下鐵桶讓學生觀察其內壁，可發現，原本光亮的鐵桶內壁已經變黃，說明煙霧中的微小顆粒物被吸附在鐵桶內壁上了。

6 實驗特點及意義

該簡易裝置取材容易，現象明顯，制成后可長期多次使用。利用該裝置進行演示不僅能使學生學會靜電除塵的原理和方法，而且可使學生真實地感受到煙塵中微小顆粒物的存在，從而加強學生的環保意識，充分認識到減少和消除環境污染的重要意義。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學與生活（第1版）[M].南京：江蘇教育出版社，2004：6.

[2]宋艷芝.制作靜電應用實驗三則[J].物理教師，1996，（10）：21～22.

[3]人民教育出版社物理室編.全日制普通高級中學教科書·物理（必修加選修）（第二冊）（第1版）[M].北京：人民教育出版社，2003：141.