簡易靜電沉降器的制作

曹愛娟

摘要：現(xiàn)行高中化學教材簡要介紹了靜電沉降器原理，而一般學校的實驗室都不具備靜電沉降器等設備。為了便于教學，開展了試制簡易靜電沉降器的工作。利用可樂瓶、鐵桶、具支試管、靜電感應起電機、兩用打氣筒等器材，成功制作了簡易的靜電沉降器。經使用發(fā)現(xiàn)，該裝置能有效地吸收點燃的蚊香、香煙等物品生成的煙霧中的微小顆粒，課堂演示效果很好，有助于學生認識靜電除塵的原理和方法以及在治理環(huán)境污染方面的應用。

關鍵詞：靜電除塵；簡易沉降器；演示實驗；教具制作

文章編號：1005–6629（2015）8–0058–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，霧霾天氣越來越多，霧霾天氣嚴重地影響著人們的生活和健康。霧霾是由微小水滴和微小顆粒懸浮物擴散到空氣中形成的。霧霾中的霧是微小水滴，對人體不會造成影響，但霧霾中的霾是懸浮的顆粒物，吸入到人體中會對人體肺部及其呼吸系統(tǒng)造成傷害。為了防止懸浮顆粒物進入大氣，可以將混有懸浮顆粒物的氣體通過靜電沉降器進行處理。現(xiàn)行高中化學教材[1]中，為了說明在工業(yè)生產中減少懸浮顆粒物在空氣中的排放量，介紹了靜電沉降器原理，但沒有說明具體的制作過程和實驗方法，學生學習起來感到抽象，難以理解。為此，我們利用可樂瓶、鐵桶、具支試管、靜電感應起電機、兩用打氣筒等器材，制作了簡單靜電沉降器模擬裝置[2]，取得了較好的演示效果，現(xiàn)將其制作方法介紹如下。

1 除塵原理

靜電沉降器中正、負極之間有很強的電場，空氣中的氣體分子被強電場電離[3]，成為電子和正離子，正離子被吸附到負極（8號鐵條）上，得到電子，又成為分子。電子在向著正極（鐵桶內壁）運動的過程中，遇到空氣中的懸浮顆粒物，使懸浮顆粒物帶負電，吸附到正極（鐵桶內壁）上，最后在重力作用下落入下面灰斗中，粉塵聚集較多時，通過打開灰斗閥門（瓶蓋）將其回收。

2 實驗材料

可樂瓶（維生素飲料瓶，凈含量600mL）2個、鐵桶（“六個核桃”飲料桶）1個、兩用打氣筒（高中物理實驗室備有）1個、具支試管（2×18cm）1支、靜電感應起電機（如圖1所示，高中物理實驗室備有）、8號鐵條（長20cm）1根、導線2根、直角玻璃管2根、乳膠管（長4cm、30cm）各1段、木條（1×1.5×5cm）1個、板牙1個、螺絲母2個、鋼鋸1把、蚊香（長5cm）1條、剪刀1把、4號橡膠塞1個、電烙鐵1把、打孔器1套、火柴1盒、焊錫、紗布條、透明膠帶等

3 儀器制作與組裝

3.1 可樂瓶去底和打孔

取2個可樂瓶，用剪刀剪去瓶底，剩下高為12cm的無底可樂瓶（如圖2所示），在其中的一個無底可樂瓶頸部的兩側用打孔器打出直徑分別為1cm、0.2cm的小孔（如圖3所示）。

3.2 鐵桶去底

取1個“六個核桃”的空飲料桶，將其上底全部剪掉、下底剪去大部，在圓底直徑相對的部位分別保留2條鐵片（簡稱卡片，如圖4所示）。

3.3 木塊的加工

取1塊木條，用小鋼鋸鋸成與鐵桶直徑相當?shù)哪緱l，用手搖鉆在中間打一個直徑為0.3cm的透孔（如圖5所示）。

3.4 鐵絲套扣

取1根8號鐵條（長20cm），在一端的0～8cm范圍內用板牙套上螺絲扣，從上端旋入一個螺絲母至螺絲桿下端（距上端8cm處）。

3.5 裝配鐵桶

取帶卡片鐵桶，將加工后的木條從鐵桶的下端放入后恰好被鐵桶上方的卡片卡住，將帶螺絲母的鐵條從鐵桶下端穿過木條的中央小孔。在鐵桶下方用電烙鐵焊接上一根導線。最后用紗布條在鐵桶的上方外側纏繞三周（如圖6所示）。

3.6 加工橡膠塞

取一個4號橡膠塞，在中央位置用打孔器打出一個0.3cm的小孔；在中央小孔的一旁再打出一個0.4cm的小孔，并在其中插入一個直角玻璃管。

3.7 組裝沉降器

取一個去底的可樂瓶（如圖2所示），從下端放進裝配好的鐵桶；在瓶口處塞上帶有直角玻璃管的橡膠塞，使鐵條的上端穿過橡膠塞中央的小孔，用螺絲母將橡膠塞固定在可樂瓶上（如圖7所示）；在其下端套上一個帶蓋和兩個小孔的無底可樂瓶（如圖3所示）并使導線穿過右側的小孔（直徑0.2cm），用透明膠帶將兩個無底可樂瓶粘接在一起（如圖8所示）；取1段乳膠管，將具支試管的支管與橡膠塞上的直角玻璃管連接好后，再用透明膠帶將上方的可樂瓶與具支試管固定在一起。在具支試管的管口裝上帶有直角玻璃管的橡膠塞，用30cm長的乳膠管將玻璃管、兩用打氣筒連接在一起；鐵桶下端的導線與感應起電機的正極相連接，8號鐵條上的導線與感應起電機的負極相連接（如圖9所示）。

4 實驗裝置

實驗裝置如圖9所示。

5 實驗方法及其現(xiàn)象

5.1 無除塵效果

點燃蚊香或香煙后，用兩用打氣筒抽氣，可觀察到蚊香燃燒產生的煙被吸入到沉降器內，且煙道（具支試管）內充滿帶灰塵的氣體，說明氣體中懸浮顆粒沒有被沉降。

5.2 有除塵效果

搖動感應起電機2分鐘后并繼續(xù)保持勻速搖動，點燃蚊香或香煙，用兩用打氣筒吸入氣體，可觀察到蚊香或香煙燃燒產生的煙被吸入到可樂瓶內，且在煙道（具支試管）內消失，說明灰塵顆粒在靜電作用下發(fā)生沉降，吸附在鐵桶的內壁上。實驗結束后，讓感應起電機正、負極相互接觸放電，取下鐵桶讓學生觀察其內壁，可發(fā)現(xiàn)，原本光亮的鐵桶內壁已經變黃，說明煙霧中的微小顆粒物被吸附在鐵桶內壁上了。

6 實驗特點及意義

該簡易裝置取材容易，現(xiàn)象明顯，制成后可長期多次使用。利用該裝置進行演示不僅能使學生學會靜電除塵的原理和方法，而且可使學生真實地感受到煙塵中微小顆粒物的存在，從而加強學生的環(huán)保意識，充分認識到減少和消除環(huán)境污染的重要意義。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學與生活（第1版）[M].南京：江蘇教育出版社，2004：6.

[2]宋艷芝.制作靜電應用實驗三則[J].物理教師，1996，（10）：21～22.

[3]人民教育出版社物理室編.全日制普通高級中學教科書·物理（必修加選修）（第二冊）（第1版）[M].北京：人民教育出版社，2003：141.