關鍵概念
化學
光
靜電
熒光
介紹
您是否知道,當您咬硬糖時,微型閃電會發生在您的口中?如果您能觀察到這些閃光,豈不是很有趣?
救生圈綠薄荷糖可能正是我們觀察這項科學所需的工具!壓碎它們,觀察並檢測是什麼使閃光可見。您能看到多少火花?
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背景
閃電是靜電的大規模釋放。它始於冰冷的雨滴與空氣摩擦。這種摩擦產生靜電,有時電力會跳過氣隙。這被稱為放電或火花。在雲層內部或雲層與地球之間,放電非常巨大;它將空氣加熱到發出白光的程度。那種發光的白光就是您看到的閃電。
微型靜電積聚經常發生。也許您還記得刷完頭髮後頭發豎起來,或者衣服從烘乾機裡出來時粘在一起。在這兩個例子中,摩擦都產生了靜電。壓碎特定的晶體結構,如硬糖或鹽,也會產生靜電。
只要有靜電,就可能發生釋放。當您走過鋪有地毯的地板後觸控金屬門把手時,您可能已經感覺到或看到了放電。儘管釋放經常發生,但我們幾乎看不到閃光。微型釋放會激發周圍的空氣,然後通常會釋放出紫外線 (UV),這是一種人類看不到的光。只有當週圍存在熒光物質時,熒光物質可以吸收紫外線並將其重新發射為可見光,我們才能看到微小的閃光。這正是閃電中發生的情況——以及這項活動也是如此。
材料
救生圈薄荷糖—綠薄荷味
無糖救生圈薄荷糖—綠薄荷味
救生圈薄荷糖—留蘭香薄荷味和/或薄荷味
其他硬糖(可選)
鉗子
暗室
準備
將所有材料帶到您將用於此活動的房間,然後準備關燈。
注意:此活動中產生的放電非常微小且無害。雖然是相同的現象,但暴風雨中的閃電是由巨大的放電產生的,並且是危險的。
步驟
將一塊救生圈薄荷糖放在鉗子之間並關燈。等待一兩分鐘讓您的眼睛適應黑暗,然後觀察您壓碎糖果時的狀況。您看到什麼了嗎?
對其餘所有型別的薄荷糖重複此操作。當您壓碎某些型別的救生圈薄荷糖時,您是否看到任何現象發生,而當您壓碎其他型別的薄荷糖時卻沒有發生?
為了確認您的發現,請重複此活動幾次。對於相同型別的救生圈薄荷糖,是否每次都發生相同的現象,而對於其他型別的薄荷糖則不發生?
您可能只在您壓碎的其中一種型別的救生圈薄荷糖中檢測到它。您能找到哪種成分組合導致了這種現象嗎?您需要一些偵探技巧才能找到答案!您可以在哪裡找到每種型別糖果的成分?顯示這種現象的薄荷糖的成分在哪些方面有所不同?
現在,我們將調查究竟是什麼產生了閃光。拿出另一塊救生圈薄荷糖,即表現出這種現象的型別,並開始探索。我們知道當我們用鉗子壓碎糖果時會發生閃光。當您將兩塊破碎的碎片相互摩擦或當您僅在鉗子上施加足夠的壓力以使糖果承受壓力而不將其弄碎時,也會發生這種情況嗎?
額外內容:如果您想知道咀嚼糖果時是否會發生這種情況,請嘗試一下。在暗室中對著鏡子咀嚼這種型別的救生圈薄荷糖。在咀嚼之間張大嘴巴。您能看到閃光嗎?
額外內容:調查其他含有硬質結晶糖和特殊成分的糖果。您也可以用這些糖果製造閃光嗎?
額外內容:嘗試製造微型閃電。用羊毛用力摩擦一張紙約一分鐘。將一塊金屬(例如鋁箔)放在紙的中心。移開紙,並將手指靠近金屬。您能產生微小的火花嗎?
觀察和結果
當壓碎含糖的救生圈綠薄荷糖時,您是否看到了閃光,但在壓碎其他型別的救生圈薄荷糖時卻沒有看到?這是預期的。您需要硬質結晶糖以及綠薄荷型別中的人工香料才能產生閃光。
壓碎硬質結晶糖會產生靜電,這可能導致微型放電,一種微型閃電。您很少看到閃光,因為放電通常伴隨著紫外線 (UV),這是一種人類看不到的光。請注意,許多動物,如昆蟲和鳥類,會觀察到這種紫外線閃光,因為它們的眼睛對紫外線敏感——但人類的眼睛不是。
救生圈綠薄荷糖(以及可能其他一些糖果)含有熒光物質。熒光物質吸收紫外線並將其再次釋放為人類可以看到的光。當壓碎救生圈綠薄荷糖時,壓碎硬質結晶糖產生的紫外線被熒光物質吸收,並再次釋放為人類可以觀察到的可見光。瞧——這就是您的閃光!
雖然許多硬質結晶結構在壓碎時會發出紫外線,但糖替代品中的晶體不會。因此,壓碎無糖救生圈綠薄荷糖時,沒有看到紫外線閃光,因此也沒有看到可見的閃光。
清理
用肥皂水清洗鉗子上任何粘性的部分,然後徹底乾燥。清理工作區域內的任何糖果碎片。
更多探索 靜電吸引力,來自《大眾科學》 靜電科學:不同材料產生靜電的效果如何?,來自《大眾科學》 閃電:兒童專區,UCAR Communications
本活動由科學夥伴合作推出
