科學遊戲 富蘭克林馬達

許良榮 |2014.10.29
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圖一 圖/許良榮
圖二 圖/許良榮
圖三 圖/許良榮
圖四 圖/許良榮
圖五 圖六 圖/許良榮

文/許良榮

富蘭克林馬達是利用靜電的運作產生旋轉運動,因此又稱為「靜電馬達」;也就是不必插電,利用靜電就可以驅動馬達。因為很有趣,所以網路上有不少的介紹,今天許叔叔就來教大家怎麼製作。

所需材料:

木板或塑膠瓦楞板、塑膠杯、圖釘、鋁箔紙、竹筷、膠帶、靜電棒。

操作過程:

1首先製作轉動塑膠杯,將塑膠杯外緣平整的貼上四片大小相同的鋁箔紙,鋁箔紙之間約間隔一公分,注意要平均對稱。完成後,在杯子底部正中央以圖釘鑽一個小洞,再用膠帶從杯子外面貼住洞口。

2取一竹筷,在竹筷頭部以熱熔膠黏貼圖釘,圖釘的尖端朝上,然後將貼了鋁箔紙的杯子倒立放在圖釘上,並使圖釘插入杯子的洞中,再將製作好的塑膠杯插在底板上(木板或塑膠瓦楞板)。

3在杯子左右兩側分別插上吸管,並在吸管上分別黏貼一片鋁箔紙,朝向杯子的鋁箔紙剪成鋸齒狀,且距離杯子愈近愈好,但是不可以接觸。

4再以另一片鋁箔紙黏貼在最左邊的鋁箔紙上,讓它接觸桌面(圖一)。

5完成後就可以試驗能否使杯子轉動了,建議使用氣球即可。將氣球吹飽氣,在頭髮上或是毛料材質摩擦,以便產生靜電,然後將氣球接觸最右邊的鋁箔紙(圖二),杯子就會開始轉動囉!

原理

塑膠杯之所以會轉動,首先是氣球經摩擦頭髮之後帶負電,接觸右側鋁箔紙(圖五的A)使鋁箔紙帶負電,A鋁箔紙的鋸齒狀邊緣產尖端放電(有時可以聽到劈啪聲),使氣球的負電荷(電子)跳至塑膠杯的鋁箔紙,由於同性相斥,而推動塑膠杯旋轉。當塑膠杯帶負電的鋁箔紙旋轉靠近左側鋁箔紙B時(圖六),靠近塑膠杯的B端因靜電感應,而使正電荷集中於B的尖端,並與塑膠杯的負電荷因電性相異而相吸引,可使塑膠杯的旋轉加速。同時,塑膠杯的負電因為尖端放電而跳至B端,B端鋁箔紙多餘的負電則經由接地而流失。

叮嚀

許叔叔多次實驗後發現,富蘭克林馬達的成功率並不高,搜尋網路資訊,有同樣結論的也不少。總結要成功使塑膠杯轉動,必須注意以下事項:

1空氣的濕度影響非常大,陰天或下雨天時幾乎無法成功,建議在冷氣房或有除濕設備的地方進行,或以吹風機將杯子、鋁箔紙等裝置吹乾,有提高成功率的效果。

2杯子除了需要保持平衡之外(洞一定要挖在杯底正中央),杯子轉動時的摩擦力必須盡可能降至最低,因此挖洞後,建議用砂紙將洞口凸出的細小塑膠片磨平。

3使用「靜電棒」(圖三),成功率可以大為提升。靜電棒很容易由網路搜尋購買,使用時,在靜電棒前端貼上一小片鋸齒狀的鋁箔紙(圖四),直接替代杯子右邊的鋁箔紙,效果更佳。

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