有趣問題–滴水也能發電?
文﹕湯兆昇   

為甚麼開氏滴水發電機可以產生靜電呢?

談到水力發電,相信大家都可能會想起大水霸這一類建築。科學家利用水力推動渦輪,以電磁感應的原理產生電力。不過請勿誤會,我在這裡為大家介紹的並不是這類大型的發電機,而是一個十分小巧的裝置,它透過滴水產生靜電,再藉著靜電感應的原理不斷累積電荷,最後竟能產生很高的電壓呢!初次見到這裝置的人,都會大感意外,想不到這簡單的開氏滴水發電機,竟能產生如此神奇的效果。

請看圖一。水沿著滴管流入金屬容器,而滴管則插在金屬蓋中央的小孔中,金屬蓋與容器保持著一定距離,彼此不互相接觸。由於水有不少離子,它往下流時可能偶然地把極微量的電荷帶給金屬容器。本來這電量非常微少,而且很快便會被異極電荷中和,不足以產生可見的效果。但有人想出一個奇特的主意,成功地把這些電荷一點點地累積起來。方法是製造另一個相同的裝置,然後如圖二所示把這兩個裝置用導線交叉地聯起來。假設容器 A 帶有微量的負電荷,部份電荷便會通過導線傳給金屬蓋 B'。由於異極電荷互相吸引,金屬蓋 B' 便會吸引帶有較多正電荷的水流進容器 B。然後容器 B 又會和金屬蓋 A' 分享這些電荷,金屬蓋 A' 再吸引帶有較多負電荷的水流進容器 A,結果是容器 A 的負電荷增加了!通過兩組容器相互的靜電感生效應,兩邊的容器和金屬蓋上的電荷都會不斷增加,造成了滴水生電的神奇的效果。

開氏滴水發電機
圖一 圖二  開氏滴水發電機。

當滴水發電機開始運作不久,水便不再垂直地落入容器內,而是向四周散開,就好像噴水池中的噴水器倒轉了一樣。這是因為水滴所帶的電荷與金屬蓋上的電荷符號相反,兩者互相吸引所致。此外,如果把小氖燈接電的一端接觸金屬容器,一瞬間氖燈便會閃亮,證明了金屬容器帶電。有些人甚至試過在兩個容器接上兩支導體作為電極,然後把兩個電極靠近,它們竟能通過空氣放電,產生火花,可見所產生的電壓也很高。不過要產生這樣大的效果也毫不容易,不單止儀器配件要設計得好,金屬部分與其他配件接觸的表面要良好地絕緣,還要配合非常乾燥的環境,在香港天氣潮濕,不易做到。

最後想考一考大家。滴水發電機既然能夠使正負電荷分離,系統的靜電位能固然會增加。大家都知道,能量是不生不滅的,那麼系統的靜電位能到底來自那裡呢?你可以把整個能量轉換的過程列出來嗎?