超越皮卡丘!揭開靜電的祕密,觀察一萬伏特火花的萊頓瓶實驗!
我是科學訓練師:桑子研。每天都是一場實驗。
在冬天乾燥的日子裡,當你伸手去摸門把手的瞬間,有沒有被「啪!」地電過,感覺到一陣刺痛呢?這個小小的火花,其實就是電流在你的手指和門把手之間跳躍的「放電」現象。更驚人的是,在那一瞬間產生的電壓,遠遠超乎你的想像!
靜電威力超乎想像,竟然是「萬」伏特等級!
如果你的手指和門把手之間有 1cm 的微小縫隙,想要產生放電現象,竟然需要 約3萬伏特 的高電壓!我們家裡的插座電壓才110V (註:台灣一般為110V),這可是它 300倍 的驚人電壓!這下你就知道靜電有多厲害了吧!
你可能會好奇:「電壓這麼高,為什麼沒被電死呢?」這是因為,雖然電壓很高,但流過的「電流」卻非常微弱,而且持續的時間也只有一瞬間。你可以想像成:就算水管噴出的水柱再怎麼強勁(高電壓),但如果水量只有一杯(低電流),也造不成什麼大傷害,就是這個道理。
那麼,如果放電的距離縮短到 3mm 左右呢?在這種情況下,電壓大約會是 1萬伏特。這也已經是插座電壓的100倍了!(順帶一提,跟皮卡丘的「十萬伏特」比起來,這才只有 十分之一 的能量,皮卡丘果然厲害!)
在這次的實驗中,我們安全地產生了日常生活中常見的 1萬伏特 靜電,並拍攝了它放電的過程。快來看看這「小小的閃電」發生的瞬間吧!
在家挑戰!觀察一萬伏特的放電現象
試著自己來觀察一下影片中看到的放電現象吧!在這裡,我們要使用一個叫做「萊頓瓶」(Leyden Jar)的裝置。這是18世紀發明的,世界上第一個「儲存電能的裝置(電容器)」喔!
準備材料
萊頓瓶(製作方法請參考這裡)、貼有鋁箔的鉛筆、透明膠帶、氣球、毛巾
步驟
1 製作萊頓瓶(製作方法請參考這裡)
2 用氣球和毛巾摩擦產生靜電,並將靜電儲存到萊頓瓶中。儲存方法也請參考這裡。(想像一下,將用氣球摩擦收集到的電,慢慢地鎖進瓶子裡!)
3 將鋁箔剪成條狀,用透明膠帶貼在鉛筆上。
4 將貼有鋁箔的鉛筆,連接內側和外側的鋁箔,形成一個迴路。慢慢地、慢慢地靠近… 你就會看到火花!

原理:為什麼能儲電、為什麼會發光?
萊頓瓶的結構就像一個「電氣三明治」,用內外兩層鋁箔夾住電(帶負電的電子)。藉由氣球摩擦收集來的電子,會一點一點地儲存在內側。

盡可能地儲存靜電,達到約1萬伏特的狀態。在這個狀態下,如果使用貼有鋁箔的鉛筆,連接內側和外側儲存電能的鋁箔,就會發生「電暈放電」(Corona Discharge),發出「啵!」的一聲閃光。

這是因為數萬伏特的高電壓,將電子推向空氣中,讓原本不導電的空氣被強行「離子化」(變成可導電的狀態)。一旦電路形成,更多的電子就會像雪崩一樣湧入,產生出強烈的光芒(火花),這就是我們肉眼看到的現象。
連接科學歷史的實驗
萊頓瓶在科學史上扮演了非常重要的角色。 關於萊頓瓶的歷史背景,我們在這裡做了總結,請點擊觀看。
用萊頓瓶還能做這些有趣的實驗!
使用這個萊頓瓶,你可以進行各種有趣的實驗,例如「百人驚嚇」(大家手牽手體驗靜電,這是以前很經典的科學實驗!)等等。這些實驗中,有些還是我們跟廣瀨鈴、鈴木亮平、Yasuko、搞笑組合「Chocolate Planet」的Osada和Matsuo等藝人,在電視節目上一起進行過的喔!無論古今,電力總能帶給人們驚喜與樂趣! 點這裡了解更多。
下次被門把手「啪!」地電到時,換個角度想,這其實就是個1萬伏特的小閃電。用科學的視角來看,我們的日常生活充滿了驚奇與不可思議!

※ 請注意,使用靜電產生裝置(范德格拉夫起電機)進行實驗時,務必在專業人士的陪同下進行。請務必小心嘗試。如需靜電實驗相關的委託(實驗課程、電視監製、演出等),請由此聯繫。
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