简易静电沉降器的制作

曹爱娟

摘要：现行高中化学教材简要介绍了静电沉降器原理，而一般学校的实验室都不具备静电沉降器等设备。为了便于教学，开展了试制简易静电沉降器的工作。利用可乐瓶、铁桶、具支试管、静电感应起电机、两用打气筒等器材，成功制作了简易的静电沉降器。经使用发现，该装置能有效地吸收点燃的蚊香、香烟等物品生成的烟雾中的微小颗粒，课堂演示效果很好，有助于学生认识静电除尘的原理和方法以及在治理环境污染方面的应用。

关键词：静电除尘；简易沉降器；演示实验；教具制作

文章编号：1005–6629（2015）8–0058–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

随着我国现代工业的飞速发展，雾霾天气越来越多，雾霾天气严重地影响着人们的生活和健康。雾霾是由微小水滴和微小颗粒悬浮物扩散到空气中形成的。雾霾中的雾是微小水滴，对人体不会造成影响，但雾霾中的霾是悬浮的颗粒物，吸入到人体中会对人体肺部及其呼吸系统造成伤害。为了防止悬浮颗粒物进入大气，可以将混有悬浮颗粒物的气体通过静电沉降器进行处理。现行高中化学教材[1]中，为了说明在工业生产中减少悬浮颗粒物在空气中的排放量，介绍了静电沉降器原理，但没有说明具体的制作过程和实验方法，学生学习起来感到抽象，难以理解。为此，我们利用可乐瓶、铁桶、具支试管、静电感应起电机、两用打气筒等器材，制作了简单静电沉降器模拟装置[2]，取得了较好的演示效果，现将其制作方法介绍如下。

1 除尘原理

静电沉降器中正、负极之间有很强的电场，空气中的气体分子被强电场电离[3]，成为电子和正离子，正离子被吸附到负极（8号铁条）上，得到电子，又成为分子。电子在向着正极（铁桶内壁）运动的过程中，遇到空气中的悬浮颗粒物，使悬浮颗粒物带负电，吸附到正极（铁桶内壁）上，最后在重力作用下落入下面灰斗中，粉尘聚集较多时，通过打开灰斗阀门（瓶盖）将其回收。

2 实验材料

可乐瓶（维生素饮料瓶，净含量600mL）2个、铁桶（“六个核桃”饮料桶）1个、两用打气筒（高中物理实验室备有）1个、具支试管（2×18cm）1支、静电感应起电机（如图1所示，高中物理实验室备有）、8号铁条（长20cm）1根、导线2根、直角玻璃管2根、乳胶管（长4cm、30cm）各1段、木条（1×1.5×5cm）1个、板牙1个、螺丝母2个、钢锯1把、蚊香（长5cm）1条、剪刀1把、4号橡胶塞1个、电烙铁1把、打孔器1套、火柴1盒、焊锡、纱布条、透明胶带等

3 仪器制作与组装

3.1 可乐瓶去底和打孔

取2个可乐瓶，用剪刀剪去瓶底，剩下高为12cm的无底可乐瓶（如图2所示），在其中的一个无底可乐瓶颈部的两侧用打孔器打出直径分别为1cm、0.2cm的小孔（如图3所示）。

3.2 铁桶去底

取1个“六个核桃”的空饮料桶，将其上底全部剪掉、下底剪去大部，在圆底直径相对的部位分别保留2条铁片（简称卡片，如图4所示）。

3.3 木块的加工

取1块木条，用小钢锯锯成与铁桶直径相当的木条，用手摇钻在中间打一个直径为0.3cm的透孔（如图5所示）。

3.4 铁丝套扣

取1根8号铁条（长20cm），在一端的0～8cm范围内用板牙套上螺丝扣，从上端旋入一个螺丝母至螺丝杆下端（距上端8cm处）。

3.5 装配铁桶

取带卡片铁桶，将加工后的木条从铁桶的下端放入后恰好被铁桶上方的卡片卡住，将带螺丝母的铁条从铁桶下端穿过木条的中央小孔。在铁桶下方用电烙铁焊接上一根导线。最后用纱布条在铁桶的上方外侧缠绕三周（如图6所示）。

3.6 加工橡胶塞

取一个4号橡胶塞，在中央位置用打孔器打出一个0.3cm的小孔；在中央小孔的一旁再打出一个0.4cm的小孔，并在其中插入一个直角玻璃管。

3.7 组装沉降器

取一个去底的可乐瓶（如图2所示），从下端放进装配好的铁桶；在瓶口处塞上带有直角玻璃管的橡胶塞，使铁条的上端穿过橡胶塞中央的小孔，用螺丝母将橡胶塞固定在可乐瓶上（如图7所示）；在其下端套上一个带盖和两个小孔的无底可乐瓶（如图3所示）并使导线穿过右侧的小孔（直径0.2cm），用透明胶带将两个无底可乐瓶粘接在一起（如图8所示）；取1段乳胶管，将具支试管的支管与橡胶塞上的直角玻璃管连接好后，再用透明胶带将上方的可乐瓶与具支试管固定在一起。在具支试管的管口装上带有直角玻璃管的橡胶塞，用30cm长的乳胶管将玻璃管、两用打气筒连接在一起；铁桶下端的导线与感应起电机的正极相连接，8号铁条上的导线与感应起电机的负极相连接（如图9所示）。

4 实验装置

实验装置如图9所示。

5 实验方法及其现象

5.1 无除尘效果

点燃蚊香或香烟后，用两用打气筒抽气，可观察到蚊香燃烧产生的烟被吸入到沉降器内，且烟道（具支试管）内充满带灰尘的气体，说明气体中悬浮颗粒没有被沉降。

5.2 有除尘效果

摇动感应起电机2分钟后并继续保持匀速摇动，点燃蚊香或香烟，用两用打气筒吸入气体，可观察到蚊香或香烟燃烧产生的烟被吸入到可乐瓶内，且在烟道（具支试管）内消失，说明灰尘颗粒在静电作用下发生沉降，吸附在铁桶的内壁上。实验结束后，让感应起电机正、负极相互接触放电，取下铁桶让学生观察其内壁，可发现，原本光亮的铁桶内壁已经变黄，说明烟雾中的微小颗粒物被吸附在铁桶内壁上了。

6 实验特点及意义

该简易装置取材容易，现象明显，制成后可长期多次使用。利用该装置进行演示不仅能使学生学会静电除尘的原理和方法，而且可使学生真实地感受到烟尘中微小颗粒物的存在，从而加强学生的环保意识，充分认识到减少和消除环境污染的重要意义。

参考文献：

[1]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学与生活（第1版）[M].南京：江苏教育出版社，2004：6.

[2]宋艳芝.制作静电应用实验三则[J].物理教师，1996，（10）：21～22.

[3]人民教育出版社物理室编.全日制普通高级中学教科书·物理（必修加选修）（第二册）（第1版）[M].北京：人民教育出版社，2003：141.