土木自犬表

展演模組名稱(實驗名稱)：電漿球

團隊成員：林仲薇、周楚怡、蕭子琳、吳宣宜、鄭絜彤、王振宇

班級：土木系 一甲

普通物理授課老師：張書銓

儀器說明

電漿球，又稱作靜電球，內部為低壓狀態，先抽真空再配制少量惰性氣體，最常用的為氦氣和氖氣，有時會採用低壓的氙氣和氪氣。通電時，惰性氣體被激發維等離子狀態，也就是電漿。中心電極為石墨棉棒，因石墨可導電並耐高溫，且高溫時狀態會越堅固，因而適合作為電漿球中心導電物。底座為反激變壓器(適合用於小功率電源，小型USB接線的電漿球為五伏特電壓且電流小居多)或高壓變壓器，將電流轉化為高壓狀態，而電漿球電流小，使用上不需擔心與人體通電而造成危害。

通電時，反激變壓器會產生高頻率高電壓的交流電，電極體周圍也產生高頻電場，內部惰性氣體通電後，原應加熱膨脹，但內部體積不變以至於惰性氣體被壓縮成電漿，激發後產生光，而電極周圍高壓電場對應到玻璃球體附近的低壓電場而產生電弧，伴隨產生的光，我們可以明顯觀察電弧的產生。

展演流程

1. 人造閃電

手輕觸電漿球玻璃處，電漿球中心會出現一條如閃電的光束連至手與玻璃接觸點，並產生隨接觸時間增高的溫熱感。

2. 手拉燈

將日光燈管一端碰觸電漿球，一手握住未接觸電漿球的另一端，另一手則握住燈管中段，並隨著燈管前後移動，則手與電漿球間的燈管便會發亮。

3. 人體點燈

一手碰觸電漿球，一手碰觸放置在地板的日光燈管，燈管被碰觸到的部分發亮。

原理說明

氣體在高溫或強電磁場下，會變為等離子體。在這種狀態下，氣體中的原子會擁有比正常更多或更少的電子，從而形成陰離子或陽離子，即帶負電荷或正電荷的粒子。[1]氣體中的任何共價鍵也會分離。由於等離子體含有許多載流子，因此它能夠導電，對電磁場也有很強的反應。電漿球又稱等離子燈，是一種裝飾性的燈，在1980年代最為流行。等離子燈由物理學家尼古拉·特斯拉發明，他做了一個實驗，在玻璃電子管通以高頻率的電流，來研究高電壓現象。特斯拉稱之為惰性氣體放電管。

和氣體一樣，等離子體的形狀和體積並非固定，而是會根據容器而改變；但和氣體不一樣的是，在磁場的作用下，它會形成各種結構，例如絲狀物、圓柱狀物和雙層等。最常見的等離子燈為球形或者圓柱形。雖然種類繁多，但通常是一個清透的玻璃球，充以各種氣體的混合物——最常用的為氦氣和氖氣，有時會採用低壓的氙氣和氪氣（低於0.01個大氣壓），[2]通以由高壓變壓器產生的高頻率高電壓的交流電（35kHz，2 - 5kV）。另一個較小的球體位於其中央做為電極。絲狀等離子體從內部的電極延伸至外面的玻璃絕緣外殼，呈現出多條穩恒的彩色光線束。光線最初沿著雙極子間的電場線傳播，但之後在對流的影響下會向上移動。當電流通過至於球上的導體，以尖銳物做為一個媒介，觸碰使其放電，這就是所謂的「尖端放電」。而手也可以視為一個尖端，若用手指碰觸，火花產生觸電感之外，手指也會留有燒焦味。而鋁箔紙就像是一個電容，電流匯流到上方的金屬，小電流累積起來，就變成可觀的電流量，放電火花產生的高溫可在白紙上燒出破洞。

等離子體是宇宙重子物質最常見的形態，其中大部分存在於稀薄的星系際空間（特別是星系團內介質）和恒星之中。

日光燈發光之原理:

靜電產生源有摩擦起電，與直接加電壓起電二種。電漿球內部之馬達帶動皮帶與金屬刷摩擦起電，一方面皮帶載電輸送至上方金屬球殼，也將上方產生的電荷向下輸送。金屬球殼與玻璃之間灌入穩定的鈍(惰)性氣體，例如：氦氣、氖氣、氬氣．．等。電漿球通電時，在中央的金屬球殼與玻璃之間會有電流通過，帶電粒子撞擊到電漿球內之鈍性氣體時，便會發出有顏色的光線，以及所產生之電磁波，使得日光燈管(氣體放電管)中的水銀蒸氣產生電子運動（氣體放電產生紫外光)，碰撞到塗佈在日光燈內管壁上之螢光物質，於是日光燈管便可發亮，這也就是日光燈發亮之原因。

以手控制燈管亮度之原理:

這個現象最主要的因素不是在於電漿球的球體，而是「底座」。底座內部的變壓系統，產生高電壓，使周圍產生電場，將空氣從絕緣體變成導體。日光燈管靠近時，周圍的電場使日光燈管裡的汞蒸氣激發產生光，這些光打在燈管壁上的螢光劑，螢光物質吸收後,再放出可見光。至於為何會手至哪就亮至哪，是因為當手握住燈管時，可以將其當成一種接地，所以當電子流到手部時，就將之導入地面了。燈管、省電燈泡和鎢絲燈泡發光原理不同。白熾燈發光是電流通過燈泡中的鎢絲，會產生高溫，因而發光。日光燈是因為通電後產生電子，電子撞擊日光燈管裡的水銀蒸氣，導致水銀原子發出紫外光，再被燈管上螢光劑吸收發出可見光。

生活應用

環境保護

塑料製品的廣泛使用給我們的生活帶來很大方便，但是塑料垃圾很不容易腐壞，不易消毀，不好處理，因而帶來了環境的問題。有些科學技術人員就想到把塑料垃圾粉碎後拌到水泥中，這樣既可以處理垃圾，又有可能改變水泥的特性。但他們碰到的一個問題就是塑料碎片表面不夠乾淨，因而與水泥不能緊密結合。解決這一問題的途徑之一就是把塑料碎片放到有電漿的容器中，接受帶電粒子的轟擊進行淨化。實驗結果顯示，經過淨化後的塑料碎片可以與水泥結合得更為緊密。這是用電漿進行淨化，從而達到環保目的的一個例子。

另一方面，如果讓有毒的或對環境造成污染的氣體，如工廠的煙囪廢氣和汽車尾管的廢氣通過電漿，則廢氣中的有毒化學物質就會在帶電粒子的轟擊下分解成無污染的氣體而排掉，或者變成固態或液態物質而更易於回收或處理。世界各國的科學家正在從事這方面的研究，而且已經取得可觀的成果。