火柴?磁鐵!_part2

這真的是一個有趣的事情!!
原來火柴裡面不是我們認知的只含有一些可燃(硫)或助燃(氯酸鉀)的物質
還需要有磁性物質(鐵)在裡面
當然這些磁性物質的存在和火柴的燃燒沒有關係
主要的原因是製程的問題
在火柴包裝的過程中需要將含有火藥的一端放在同一邊
早期的方法是利用稍微傾斜的平台
加上不斷的震動
就會讓有火藥的一端(相對較重)向下
也就可以方便包裝
但震動的過程中難免會讓火藥脫落
因此就有人發明了一個方法
那就是將火藥加入少許的磁性物質(應該就是鐵粉)
如此便可以利用電磁鐵將火藥端集中起來
包裝上也便利許多
是誰發明的呢？
1991年，山東人
還有國家專利呢!!

不過我嘗試了利用強磁都無法順利將火柴棒吸起來
應該是太重了
所以試著將火柴棒放在水面上
果然就可以被磁鐵吸引了

將火藥刮下來
的確也可以被磁鐵吸引

燃燒後就更明顯了？

為什麼呢？
是否是因為其他可燃和助燃的物質燒掉了
相對質量輕了許多
也就更容易吸起來了(大概吧...)

火柴!磁鐵?

原來火柴裡面含有鐵(或四氧化三鐵)？
而且只有燃燒後會出現?

當你沒有三隻手的時候...

當你想要錄影，又要拍照
卻沒有三隻手的時候...

                                         

電磁漂漂船

法拉第將通電的導線放入水溶液中讓導線開始公轉
那如果沒有導線
水溶液本身會不會也產生相同的現象呢？
我們用培養皿作出一個甜甜圈
甜甜圈的內外圈都包上金屬膠帶
中間則放入強力磁鐵
將內外圈通電
再放入一些粉筆灰在水溶液上
可以看到粉筆灰開始旋轉了!!
同樣的，如果改變磁鐵方向或電流方向
旋轉方向也會改變

粉筆灰當然不會受到磁場的影響
主要是水溶液內部因磁場交互作用產生了力
進而推動了水溶液產生旋轉
所以...當初法拉第馬達會旋轉(公轉)的力
主要是來自"導線本身"產生的磁力(和外加磁場的交互作用)？
還是溶液導電之後內部產生的磁場呢?

這有沒有可能作成遊樂場的漂漂船啊~~
應該不小心就會被電死吧...

法拉第的馬達

科學史是最好進行統整或跨領教學的切入點
靜電的發現(從遠古到富蘭克林)、化學電池的發展(賈伐尼與伏打)、電與磁的相逢(從戴維到馬克士威)、原子結構(從道耳吞到波耳)、甚至延伸到二戰時期的近代物理(這是最精采的了!!)
這些都是科學史的好題材
不但可以一窺科學家們的人生故事
一個個也都是科學探究歷程的好題材
畢竟大家都喜歡聽故事
如何從故事中引出科學裡的人文
往往就可以吸引一些對科學無感的學生的注意力

但說故事是一回事
要從故事很流暢的連結到課本
又是另一個考驗老師功力的時候
這兩個最好的交叉點通常就落在實驗上了
重現當年科學家們所作的實驗
再從實驗切回我們希望孩子們觀察的現象
最後如何從這些現象再找出延伸的問題
或是整理出一個普遍性的原則
就是一個科學研究的簡單歷程

只是如何重現當年科學家們所做的實驗？
而這些實驗從現在的角度看來
有些其實是粗糙的可以~~
但這些經典的實驗卻開啟了人類通往文明的大門
每每總會讓人感到雀躍不已

法拉第的故事堪稱經典中的經典(細節就不多作贅述了)
話說1821年9月30日法拉第因為厄斯特的啟發(1820年)作出了史上第一個馬達
雖然過程中和渥拉斯頓有了一些發明權的爭執
但最後科學家們的風度依然戰勝了旁人的流言蜚語
這個法拉第馬達也因此在科學史上留下了一個位置
開啟了人類使用電動機的濫觴

法拉第到底做了什麼東西呢？
我們在燒杯中放入一個磁鐵
再加入電解質溶液(當年法拉第是用水銀)當作導電的介質
(附註：其實不建議使用食鹽水，因為電解過程中會產生氯氣，氫氧化鈉是最佳選擇，若不方便取得，小蘇打水也可以)
再將一小段導線連接上電源
另一端放入電解質溶液中
當導線放入水溶液中時，因為通電產生了磁場
就會和燒杯裡的磁鐵發生交互作用
導線就開始「公轉」了
嘗試改變磁鐵方向或電流方向就可以改變導線公轉的方向

電磁剎車

十年前有一次在研討會看到周祥順老師演示電磁剎車的原理

當時的我還是小毛頭一隻
只覺得台上都是神人
也開啟了我另一扇視野

十年後
某科大的老師偶然看到了這個影片
希望我可以幫忙試作這個教具
於是花了一個晚上
就搞出了這個小玩意兒

鋁片用之前做的小桌鋸車出一條條的細溝
再用冰棒棍固定

底部放兩組強磁，NS相對
當然要用AB膠固定好
不然就會吸在一起了
調整好間距
就可以來實驗了!!

如果是完整的鋁片
通過磁場時會產生一個相斥的磁場，同時在鋁片產生渦電流
所以鋁片會馬上停下來

若是換成有柵欄的鋁片
渦電流不易產生
當然也就沒有磁場
就可以自由擺動了

自製龍捲風二代

六年前(2011)利用水煙霧和風扇做了一個大型的龍捲風模擬教具
當時在物理年會發表時
還引起了不少話題
結果2015年大人的科學就從日本引進了一套極光龍捲風
當時還幫親子天下寫了一篇開箱文
前幾天搞定煙霧產生器之後
又開始想到這個玩意了
很多教具在設計的時候都有類似的情況
放著...幾年後忽然就有了新的靈感
當初設計龍捲風教具
體積很大，也要連接電線
整個裝置光是架設就要花掉3~5分鐘的時間
這幾天就決定來試試我的新玩具了
原本想頂多半天就搞定
沒想到弄了兩天...
裡面還是有很多細節做了才會發現啊~~
真的沒表面看的那樣簡單

利用透明片當作側板就可以控制氣流方向
產生順時針或逆時針的龍捲風
因為煙霧夠大
效果非常明顯
不過照片很難拍
影片就清楚多了

順時針

無側風

逆時針

煙霧產生器再改良

這玩意的出現讓我忽然有了好多點子
未來一定會衍生出許多有趣的實驗
但首先必須讓它更方便好用才行

味道的問題必須先解決
又嘗試了許多種類
希望加熱的物質越單純越好
相對可能出現的煙霧也會比較安全
甘油(丙三醇)的效果似乎比沙拉油更好
味道也淡了許多

再來就是使用時間的問題
原本利用衛生紙吸收
使用時間有限
改成棉花又更好了

利用針筒控制煙量(其實主要還是用加熱的開關來控制)
但我就要犧牲一隻手去推針筒
這是工具，不應該浪費我太多精力
所以再加裝了小風扇
小風扇用鬆緊帶固定
是可以方便拆卸的
如此也可以彈性使用針筒來控制
總之，彈性越多越好，誰知道未來又會想要搞什麼

最後
雖然導線已經換成2mm的銅線
但電流太大還是會發熱
手都會覺得燙
再加上隔熱的海綿
成品應該就是這樣了
接下來就是要推上戰場實測了
好不好用立馬見真章