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展演模組名稱(實驗名稱):旋轉泡泡膜
團隊成員:池家任、施昱丞、楊志揚、王知欽、王昔文、黃昱維
班級:地科系 一
普通物理授課老師:許瑞榮
儀器說明
1) 高壓模塊、平行電板 : 產生平行強電場。
2) 電池組、電池、電組、銅線 : 製造外加電泳電場。
3) 放大鏡、燈泡、偏光片 : 使泡膜干涉圖像更加清晰。
4) 保麗龍、紙箱 : 固定裝置、使裝置穩定。
5) 甘油、清潔劑 : 製造及穩定肥皂泡膜。
6) 漆包線 : 製造肥皂泡膜外框。
7) 白色黏貼條、泡棉膠 : 固定裝置、以便黏貼平行電板
展演流程
1) 將鐵片用導線連接至電源,接上高壓模塊並通電,使兩片鐵片相對位置中間產生電場。
2) 將懸浮液膜置於均勻電場中,在通有電流加上垂直方向電場的情況下,懸浮液膜便會自發性的渦流旋轉。
3) 改變電泳電流以觀察旋轉的速度變化。反接線路,改變電場方向,觀察懸浮液旋轉方向。
4) 接著將沾有肥皂泡膜之外框平行放入強電場,改變帶電板之距離,觀察泡膜之行為。
原理說明
1) 利用肥皂泡膜之成分:甘油及界面活性劑等極性分子對外加電場產生力矩而轉動,接通電泳電場後,極性分子被極化,有如正負電分離,此時若外加電場與電泳電場互相垂直,則會產生力矩而有漩渦的現象。
2) 此時若增加電阻使得電泳電場減弱,則根據分子所受力矩=pEsin得知,液膜的旋轉速度會下降。
3) 將肥皂液膜平行放入電場,(同樣為極性分子)則會產生極化的現象,而使液膜凹陷或是突出,此時若改變電板距離,調整電場大小,則能觀察到不同程度的液膜凹陷。
↑實驗裝置圖
↑實驗原理圖
生活應用
1.用以日常生活中,模擬大氣與流體的流動行為,且易於觀察,極易改變流體流動方向,例如:海流的湧升產生的渦流。
2.當泡膜受到電場作用而形變時,若已達最大形變量,則受到微小擾動就易破裂,可以用來偵測微小震動,例如:地震,或是氣流是否穩定。
參考資料
1. 劉祥麟、高銘宏、林衍辰、林子傑、蔡沛軒 (2016)。液體膜電動機之性質與泛用性研究 。「2016 年臺灣國際科學展覽會」發表之論文
2. 賴奕帆、黃福坤 、姜理元 (2018)。論平行電板間肥皂泡之變形現象。「2018 年臺灣國際科學展覽會」發表之論文。
3. Richard Wolfson(2016)。Essential University Physics Volume2。PEARSON