一顆球的電力探險:用靜電讓小馬達在盤子上跳舞!
我是桑子研,科學實驗訓練師。每一天都是實驗課!
靜電在變魔術?愛亂跑的「穆爾馬達」(Moore’s Motor)
冬天乾燥的時候,摸到門把會「啪!」地被電到;脫毛衣時頭髮會豎起來…這些生活中隨處可見的,就是靜電。您知道這個愛搗蛋的小傢伙,其實藏著足以轉動馬達的強大力量嗎?
這次要跟各位介紹的,就是大名鼎鼎的「穆爾馬達」。它完全只靠靜電的電力,就能讓盤子上的小球沿著奇特的軌跡骨碌碌地滾動!它就像有了自己的意識一樣,可能轉著轉著突然停住,然後又開始往反方向跑。這種捉摸不定的可愛動作,真的讓人百看不厭。
首先,快來看看這個又怪又萌的影片吧!您一定會忍不住喊:「咦?為什麼會這樣?」
這顆小球為什麼能像活著一樣到處跑呢?今天,我們就來揭開藏在穆爾馬達背後的科學魔法,並教您如何親手重現這個神奇的實驗!
為什麼會動?靜電魔法背後的原理
穆爾馬達能動起來,秘密就在靜電世界的兩條基本規則:「庫侖力」(Coulomb force)和「靜電感應」(Electrostatic Induction)。聽起來很複雜嗎?別擔心!這就像磁鐵的 N 極和 S 極會互相吸引一樣,電也有分正(+)電和負(–)電,「不同種類的電(+ 和 –)會互相吸引,相同種類的電(+ 和 +、– 和 –)則會互相排斥」。這就是「庫侖力」的真面目。
在穆爾馬達中,我們會像下圖一樣,在盤子上貼一圈鋁箔條,並讓它們交替帶有正電和負電。
接著,把一個能導電的「導體」小球(我們這次用塗了墨汁、變成導體的球)放上去,魔術就開始了:
當小球靠近帶正電的鋁箔條時,小球裡面的負電會被吸引過去(這就是靜電感應)。接著,靠著庫侖力,小球就會被正電鋁箔條「啪嘰!」一聲吸過去。
2. 小球一碰到正電鋁箔條的瞬間,就會接收一些正電,讓自己也變成帶正電。此時,因為是同性相斥(正電排斥正電),小球就會被鋁箔條用力「踢」開!
3. 變成正電的小球,馬上會被隔壁帶負電的鋁箔條強力吸引,朝著它滾過去。
4. 當小球碰到負電鋁箔條時…結果您猜到了嗎?它會變成帶負電,然後被排斥,再往旁邊的正電鋁箔條跑過去…!
小球就這樣不斷重複著**「被吸引 → 接觸排斥 → 被隔壁吸引」**的電力接力賽,所以才會一直旋轉。因為它是靠著這種微妙的平衡在運作,所以只要有一點點小小的變化,就會改變旋轉方向,產生那種來來回回、讓人猜不透的可愛動作!
親手做做看!愛亂跑馬達的材料與步驟
準備材料
絕緣體盤子:能讓電跑不掉的盤子。這次我們用的是 10 元商店買的微波爐保鮮蓋。
鋁箔紙、膠帶、剪刀
保麗龍球(直徑約 2 公分):要選輕巧、容易滾動的球。
墨汁、砂紙、紙杯、牙籤:用來把保麗龍球變成導電體。
靜電產生裝置:我們這次使用靜電高壓發電機(Electrostatic Generator),也可以用范德格拉夫起電機(Van de Graaff generator)來代替。
製作步驟
首先,把保麗龍球變成「導體」。用砂紙輕輕磨一下表面,讓墨汁更容易滲透。保麗龍球原本是絕緣體,但用碳粉墨汁包覆後,它就會變身成一顆能導電的小球!
2. 用牙籤插住球,然後「咚」一聲放進裝有墨汁的紙杯裡。塗抹均勻後,找個地方立著晾乾。
3. 將剪好的細鋁箔條,像太陽光一樣,以放射狀均勻地貼在盤子上。重點是:相鄰的鋁箔條絕對不能碰到彼此!
4. 將靜電產生裝置的正極和負極,間隔一條地接到鋁箔條上。把塗好墨汁的小球放在中央,大功告成!打開裝置開關,開始送電吧!
怎麼樣?您的小球是不是也開始跳起神奇的舞蹈了呢?
玩不膩!科學技術館的巨型馬達
這個穆爾馬達,其實在東京的科學技術館裡,有個可以讓遊客操作遊玩的巨大版本!您可以透過手搖發電機產生靜電,在小球快要掉進洞裡時「拯救」它,玩起來就像在玩一場科學遊戲一樣有趣喔。
用范德格拉夫起電機(Van de Graaff)還能玩這些超酷實驗!
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