國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室   回首頁   

驚奇杯

體驗輕微觸電的驚奇感覺!

操作步驟與現象:

準備器材:鋁箔紙、塑膠杯、紙抹布 

先依以下步驟製作驚奇杯(如右圖)

1.在兩個塑膠杯外緣貼上鋁箔(不必用膠水),盡量保持平整服貼。

2. 將兩個塑膠杯套在一起,內、外層的鋁箔之間不可接觸;內層塑膠杯再延伸出一條鋁箔出來(在兩個塑膠杯中間塞入一小片鋁箔)。

表演時請數位學生上台,互相手拉著手(可繞成半圓形),再請第一位學生以空著的手握著杯子外緣(外層杯子)。開始用紙抹布摩擦PVC管之後,將PVC管靠近(不要接觸)外層鋁箔,反覆操作約20次。完成後,請最後一位學生用空著的手觸摸上端延伸出來的鋁箔紙,這時學生會馬上互相放手跳起來,因為觸電啦!

原理:

  驚奇杯的構造是一種能儲存電荷的「萊頓瓶」。一開始驚奇杯是電中性(如圖一),摩擦PVC棒後,PVC帶負電荷(如圖二),靠近驚奇杯外圈鋁箔時,會發生感應起電;接近PVC管的鋁箔紙會帶正電。而負電荷被人體接觸而傳導流失(如圖三),因此外圈的鋁箔紙的電性是正電。而兩層鋁箔隔著塑膠杯,內外異性電荷相吸,因而保留了靜電荷。反覆多次,就能累積更多的電荷量。當最後一人接觸中間小的鋁箔紙條,構成通路,電荷就能流通,亦即構成電流,就會感覺到觸電了。

★注意:靜電的實驗與空氣中的濕度關係很大,夏天濕度高,靜電容易傳導而流失,不易成功。建議在冬天或是在冷氣房中進行,成功率就會很高。而摩擦感應的次數不一定要20次,空氣比較乾燥時,摩擦感應10次也足夠了。

延伸的科學遊戲:

  利用靜電原理產生奇妙現象的不少,例如讓頭髮豎立起來、氣球摩擦後黏在頭上等等,其中較為有趣的一項是「漂浮水母」。

  首先將二條約10~15公分塑膠繩的頭部綁在一起,尾部要留長一點,再將尾部刮為多條的細長條當為「水母」。將PVC管摩擦後,將水母往上拋,以PVC管接觸水母,水母在接觸PVC管的瞬間,靜電電荷流通到水母,因此水母與PVC管帶有同樣電性而排斥,迅速的彈開。水母彈開後,因為重力而下降,此時以PVC管由下方靠近水母,水母會因同電相斥而上升,形成漂浮狀(如圖四)。

觀賞實驗影片(3.1M)

  其實這個操作的成功較低,空氣乾燥程度的要求更高,而PVC管的靜電電量也需要比驚奇杯的更高一些才行。圖四是作者購自網站發售的Funny Fly Stick(趣味飛翔棒,靜電棒)。此靜電棒使用乾電池驅動馬達,帶動皮帶,將靜電集中於前端的空心筒,原理與「范氏起電機」相同。使用上相當方便,用以取代PVC管,不必逐次摩擦以產生靜電。而且由於帶電量較大,空氣濕度幾乎沒有影響。設計圖如下,有興趣的讀者不妨找材料自行製作。