自制静电除尘演示仪

自制静电除尘演示仪高中静电学章节的知识比较重要,概念模型（点电荷、电场线、电势等）十分精炼但又十分抽象,而且实验安排很少,教师大多以讲述的方式灌输给学生。最近,我们自制了一套可以生动、形象地展示静电性质的仪器――静电除尘演示仪,拿出来与大家一起分享交流。理论基础静电除尘:含尘气体经过高压静电场时空气分子被电离,尘埃与负离子结合而带上负电后趋向阳极表面,到达阳极表面放电而沉积。这样含尘气体被分离得到净化。但是,严格的讲“静电除尘”中的静电二字并不确切,因为粉尘粒子吸附上电荷后和气体离子一起在电场力的作用下定向运动产生微小电流 （iwmA级）,所以严格的讲应该叫电除尘,但习惯上将这种高电压低电流现象包括在静电的范围内,仍叫它静电除尘。制作思路利用高压电场使空气电离空气电离:空气在通常状态下几乎不能导电,但是当气体分子获得一定能量时,就可能使气体分子中的电子脱离,这些电子成为输送电流的媒介,气体就有了导电的性能。气体的电离分为自发性电离和非自发性电离。非自（持）发性电离是在外界能量作用下形成的。如空气受到X光、紫外线或其它射线的照射时,其分子因获得能量而形成正负离子,带有自由电子的原子、分子或它们的混合体形成负离子;失去一个或几个电子的气体分子形成正离子。一般每立方厘米的空气中存在着100~500个离子,这只是导电金属的自由电子的几百亿分之一,所以空气一般都不导电。自发（持）性电离则是在高压电场作用下形成的。在高压电场中,一个电子沿电力线从负极向正极运动,沿途将与中性原子或分子碰撞而引起碰撞电离。和气体原子第一次碰撞电离之后,就多出一个自由电子,这两个电子继续飞向正极时,又由于碰撞引起电离、每一个原来的电子又多产生一个自由电子,于是第二次碰撞之后就变成四个自由电子。这四个电子又与气体原子碰撞,产生更多的电子。所以一个电子从负极飞向正极时,由于碰撞电离电子数将雪崩似地增加,这种现象称为“电子崩”或“雪崩电离”。空气中电子、离子数目急剧增加,就使之能相对地导电。要有合适的电场分布仪器采用感应起电机提供高压,为了使电除尘器中的气体电离又不致将整个电场击穿而产生短路现象,必须采用非均匀电场。即在放电电极周围具有最大的电场强度,而在离放电电极较远的地方,电场强度较小。适合这种条件的电场可以是其中一极的曲率半径小于另一极的曲率半径,本仪器采用一根细铜线对着一个透明玻璃圆筒便于气体流通和观察实验效果。其电场线分布如图2示。采用合适的烟尘烟尘的选择是很重要的,身边简单易得的烟尘便是蚊香,如果能找到燃烟为有色的蚊香,效果更佳。制作材料根据制作思路本仪器采用材料:有机玻璃板（厚度4mm）透明普通玻璃圆筒（直径80mm）漆包线（直径1mm）小合页两个、有机玻璃棒、接线柱两个（红黑各一个）、接线夹4个、导线、AB胶水、有色蚊香、蚊香盘。制作过程4.1先用有机玻璃板制作有机玻璃盒子（长34cm宽30cm高8cm）测量好有机玻璃后划线切割成如3图示。注意要先割除板心的圆而且圆的直径要略小于8cm,余下的用圆锂打磨。然后将玻璃板弯曲制成盒状:一个边一个边的弯,用酒精灯均匀烘烤右图虚线所示的边界,在玻璃发出晶莹光泽时说明玻璃已经变软,迅速的将烘烤线与桌面的直角棱重合按下成型,马上用湿的抹布原处冷却,冷却后即成型。最后用长34mm宽8cm的有机玻璃板做前后门,后门用AB胶水粘贴,前门用合页安装。4.2安装玻璃圆筒要将玻璃圆筒装在有机玻璃盒上,有机玻璃的厚度明显不够,采用局部加厚的办法:用有机玻璃板切割出如图4的三块中间有孔的板子将图4中(1)所示的板固定在盒子的内表面将图4中(2)、(3)所示的两块板由大到小固定在盒子外表面最后将玻璃筒子放入中心用 AB胶水固定即可。安装线路将直径为2.5cm的有机玻璃棒从中间切开，取12cm左右的一半中心钻孔,侧面割出线槽贴在圆筒的下表面固定中线(去漆的漆包线),下端引出线接黑色接线柱。在玻璃圆筒的外表面均匀的等距的缠绕去漆的漆包线下端,接红色接线柱。如图5示。仪器的使用及注意事项操作步骤将红色接线柱接感应起电机的正极、黑接线柱接负极。点燃有色蚊香并放入除尘器内底关好门,当看到有色烟一缕一缕的从玻璃管上口飘出后,摇动感应起电机即可看到明显的现象:烟在玻璃筒中被散开后消失。注意事项(1)接线柱不能反接。摇动感应起电机时要注意节奏,不能过快也不能过慢。感应起电机只能顺时针摇动。结语本仪器的制作需要一定的仪器制作基础,在制作过程中要参考有关静电的实验,仪器都要严格的防