箔片驗電器裡發生了什麼事?用動畫重現電荷的移動! (親身體驗靜電的神奇祕密)

逐家好!我是科學教練桑子研。每天都是一場實驗!

冬天的日子裡,摸到門把突然被「滋」的一聲電到,或是脫毛衣時聽到「劈哩啪啦」的聲音,這種靜電現象應該是每個人都遇過的日常吧?雖然大家都很熟悉,但靜電本身是看不見的,感覺就像一種捉摸不定的魔法。

如果你能自由自在地操控這股看不見的力量,甚至能親眼觀察它的動向,那該有多酷?

今天要來跟大家介紹一個能實現這個夢想的魔法盒子,叫做「金箔驗電器」。只要準備好氣球或墊板,就能開啟一場激發好奇心的科學實驗。來,讓我們一起進入科學的魔法世界吧!

請先看看這段影片!

就像影片中那樣,只要把東西靠近,金箔就會唰地一聲打開看起來是不是很像氣球變成了魔法棒呢?

在這個簡單的現象背後,隱藏著無數個「為什麼?」,而這正是通往科學世界最好的入口。

現在,就讓我們一起來揭開這個魔法的真相——喔不,是科學的祕密吧!

話說回來,「靜電」到底是何方神聖?

在破解金箔打開的謎團之前,我們先聊聊靜電的真面目。

我們周遭的所有物品,都是由叫做「原子」的微小顆粒組成的。原子裡面有帶著正電的「質子」和帶著負電的「電子」。平常正電和負電的量是一樣多的,處於互相抵消的平衡狀態(電中性)。

但是,當我們把氣球跟布料互相摩擦時,電子就會從一邊跳到另一邊。這種電子數量不平均的狀態,就是靜電的真面目。古希臘人就知道磨擦琥珀會吸引羽毛,而琥珀的希臘語「ēlektron」,其實就是「電」(electricity)這個字的由來喔!

為什麼金箔會打開?~追蹤看不見的電子大遊行!~

現在,我們來解開金箔驗電器的謎題。

案例一:當正電荷靠近時……

首先,拿出一塊摩擦過氣球的絲綢。這時候絲綢因為電子被氣球搶走了,所以全身帶著正電。

把它靠近驗電器上方的金屬圓盤時……金屬裡面那些愛亂跑的「自由電子(負電)」會大喊著「哇!是正電荷耶!」然後爭先恐後地往圓盤集結。這個現象就叫做靜電感應

這麼一來,下方的金箔區因為電子都跑光了,只剩下正電孤零零地留在那裡。大家知道,電是「同性相斥」的,所以兩片金箔會互相大喊「走開啦!」並用力推擠對方,結果就唰地一聲打開了。

案例二:當負電荷靠近時……

接下來,換成搶到了電子、帶著負電的氣球試試看。

這時候,圓盤上的電子們看到一大群負電荷靠近,會嚇得驚慌失措:「天啊!負電來了,快逃啊!」然後集體往下衝到金箔那邊避難。

結果,兩片金箔因為擠滿了負電,再次發生同性相斥。雖然最後金箔都是打開,但裡面電子的心路歷程可是完全相反的呢!

小知識時間:如果拿磁鐵靠近會怎樣?

磁鐵靠近,金箔完全沒反應

順帶一提,就算拿強力磁鐵靠近,金箔也完全不會理你。這告訴我們,靜電的力量(電力)跟磁鐵的力量(磁力)是完全不同的兩回事。金箔驗電器就像它的名字一樣,是個只對「靜電」有興趣的專業偵探。

一指神功操控金箔!神祕的「接地」現象

好,現在重頭戲來了!當我們用帶負電的氣球讓金箔打開後,保持氣球位置不變,試著用手指輕輕觸碰上方的金屬圓盤。

手指一摸,金箔就閉合了

咦?明明氣球還在旁邊,金箔卻乖乖閉合了。這到底是怎麼回事?

其實,是因為剛才逃到金箔那邊的電子們,發現了一條新的逃跑路線——也就是透過你的手指逃到了地面。對電子來說,人體跟地球簡直就是超級巨大的避難所(或供應源),這個動作就叫做「接地(Earth)」。因為電子跑光了,金箔回到了電中性,所以就合了起來。

更神祕的還在後頭。當你先把手指移開,再把氣球拿走……

移開氣球後……

金箔居然又自己打開,而且不縮回去了!

竟然維持在打開的狀態了!這又是什麼黑科技?

我們來看看電子的分布圖:

在你摸過圓盤、電子逃走後,這台驗電器其實正處於「電子短缺(帶正電)」的狀態。只是剛才負電氣球還在,電子被吸在圓盤動彈不得。

當你把氣球拿走,原本縮在圓盤的正電就會平均擴散到整台機器。

結果金箔區也變成了帶正電,再次引發同性相斥而打開。這代表你成功讓這台驗電器變成了一台「帶正電機器」!是不是很有趣呢?

大家可以腦力激盪一下:如果一開始換成帶正電的絲綢做同樣的操作,是不是能讓驗電器帶負電呢?動手試試看,想像電子在裡面跑馬燈的樣子吧!

更詳細的說明,我也整理在下面的影片中囉。

・學習單(金箔驗電器)

進階玩法:靜電產生器(范氏起電機)居然可以這樣玩!

如果你覺得氣球不夠過癮,想挑戰更強力的靜電,那一定要試試「范氏起電機」。這台機器可不簡單,它以前可是用來做原子核研究的「粒子加速器」的一員呢!

這部分包含了我在電視節目中,與廣瀨鈴、鈴木亮平、安子(Yasuko)、巧克力星球的長田與松尾等藝人一起進行的實驗。詳情請點這裡觀看

【科学監修】ビリビリ電気賞状!?広瀬すずさんと体験した静電気実験授業(沸騰ワード10)

※ 注意:使用范氏起電機進行實驗時,務必在專業人士陪同下進行,安全第一喔!另外,關於靜電實驗的邀約(實驗教室、電視節目監修或演出等),歡迎從這裡聯繫

【特輯】一玩就停不下來!靜電實驗精選

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