我們第一名對不對

展演模組名稱(實驗名稱)：極光

團隊成員：蔡昀典、廖品鈞、黃子睿、鄭義諺、梁華境

班級：地科系 一

普通物理授課老師：許瑞榮

儀器說明

1. 地球模型內有環形磁鐵

2. 抽氣機

3. 玻璃罩

4. 高壓電極

展演流程

1. 把玻璃罩內抽氣，抽成近乎真空

2. 開啟高壓電

3. 用黑布蓋住儀器觀察產生的極光

4. 講解實驗原理

原理說明

一. 太陽噴出帶電粒子，這些帶電粒子形成電漿，它們是良好導電體，這些等離子體去到地球附近，會被鎖死在地球磁場線內，並跟著磁場線螺旋而行，可是它一旦被鎖死在某一磁場線後就絕不能遷往另一條磁場線，於是地球外包圍了一層被鎖死的帶電粒子層，叫做地磁層，其中靠近地球赤道處有兩層的帶電粒子層密度特別高，我們叫此兩層為內范艾倫帶及外范艾倫帶。有時這些被困住的帶電粒子會溢散出來順著磁力線跑到地球高空，形成極光。我們以高壓電極將氣體帶電模擬電漿。

二. 極光主要是在高緯度的高空中帶電的高能粒子和熱氣層中的原子碰撞所產生的發光現象。原理為來自太陽的帶電粒子來到地球附近，地球磁場使其中一部分的帶電粒子沿著磁力線集中到南北兩極(F=qv cross B)，當帶電粒子進入熱氣層與大氣中的原子碰撞並激發，由基態激發至激發態，當原子從激發態回到基態時，其放出的光(電磁波)形成圍繞著磁極的大圓圈，及所見的極光。

三. 壓力的不同會造成玻璃瓶內的極光有不同的現象:氣壓低的時候極光分布比較分散，氣壓高則相反；原因是氣壓低的時候，粒子平均自由徑短，相鄰兩粒子碰撞時能行徑距離較長，所以看起來較分散，氣壓高則相反。

四. 地球內部分為三大層，由外而內依序為地殼、地函與地核，地殼與地函的主要成分為矽酸鹽類的岩石礦物，而地核主要的成分為鐵鎂等金屬礦物，其中又分為外核與內核，外核主要為液態，由於地球自轉以及轉動慣量，外核的液態也會跟著旋轉，根據電流磁效應(必歐－沙伐定律)，帶電粒子行加速度運動(電流)會產生磁場， ，即地球磁場的來源。我們在地球模型

本次實驗我們將地球模型內放入環形磁鐵當作地球磁場，然後將玻璃罩內的氣體抽離使裡面的氣壓值與高空的相近，接著通入高壓電使內部部分氣體帶電，模擬帶電粒子撞擊氣體原子使之獲得能量躍遷的過程。

生活應用

1. 南北極的極光

2. 氖氣燈