自從西元1752年,富蘭克林成功用風箏證明「電」的存在後,人類對「電」的研究便有如繁花盛開,進步飛快。



但在這一連串的科學發展史中,據說有一項神奇且重要的發明,不明就裡地被埋沒在歷史的煙塵中

據說,天才科學家尼古拉特斯拉,不但發明了交流電,更發展出一項可以無限量供電給全世界的裝置「特斯拉線圈」。




網路上指證歷歷地表示,早在100多年前,特斯拉線圈就可以不用電線,直接透過空氣,點亮40多公里外的200盞電燈!而且距離再遠,電力也沒有絲毫的損耗!



只不過,這一項造福全世界的偉大發明,竟然因為商業利益,遭到無情地打壓,導致世人無緣享用

但令人欣慰的是,據聞在國外,還有許多人懷抱著理想,持續努力研究特斯拉線圈。



而在這其中,最令人好奇的,就是有人大膽的站在一個小鐵籠中,讓特斯拉線圈生產的50萬伏特高壓電,直接往鐵籠發射,最後人竟然毫髮無傷!



究竟是魔術特效,還是擁有科學根據的絕妙表演呢?

調

小兵和蔓蔓來到位於雲林的國立虎尾高中,打聽同學們的看法!




請問大家相不相信:其實可以不靠電線,直接隔空傳送,就能讓燈泡或電器運作」?



結果─70名同學裡,有48人相信可以不用電線,就直接隔空發電。而剩下的22名同學,則對憑空傳送電力的流言嗤之以鼻。



真相究竟如何?請繼續看下去!



隔空傳電的特斯拉線圈?

顛覆現今用電方式,直接透過空氣傳送電力的特斯拉線圈,究竟有多神奇?



這次要協助我們的專家,是來自虎尾高中,致力物理創意互動教學已多年的蘇裕年老師!



沒想到一開頭,老師竟然表示要傳授給蔓蔓武功秘訣,讓她擁有魔術般的神力!而蔓蔓也真的立刻展示了「手揮到哪,桌上的燈就亮到哪」的神奇表演!



甚至還能讓相隔12公尺遠的日光燈管憑空發亮!也太厲害了吧!



不過,小兵可沒被蔓蔓騙過去,根據以前實驗的經驗,小兵推測:蔓蔓能夠隔空讓燈泡、日光燈管發亮,肯定是在桌子下藏了「特斯拉線圈」



但結果證實

表演的桌子底下確實藏了機關,但這可不是「特斯拉線圈」,而是一種叫做「回掃變壓器」(簡稱FBT) 的東西喔!





《燈管隔空發亮的秘密》

原來燈管能夠隔空發亮的秘訣,就在於「高壓電」
由於數萬伏特以上的高壓電,擁有相當大的能量。所以能讓原本是絕緣體的空氣變成導體

而且在兩個金屬電極間產生「通路」,製造出類似閃電的跳電火花。



並因此導通日光燈管內的電流,形成氣體放電狀態,進而發出『光』喲!



那「特斯拉線圈」、「回掃變壓器」(FBT) 跟隔空亮燈又有什麼關係呢?





嘿嘿,當然是因為「特斯拉線圈」和「回掃變壓器」(FBT)都是可以產生數萬伏特以上高壓電的裝置囉!

˜「特斯拉線圈」雖然隨著時代演進,特斯拉線圈也有了許多形式上的變




但簡單來說,特斯拉線圈就是一個利用電磁感應,將低電壓轉變為高電壓的 

壓器



˜「回掃變壓器」(Flyback transformer,簡稱FBT)電漿球裡都會使用到的一種產生高壓電的裝置。可以產生一萬五千伏特的高壓電,但它產生高壓電的原理和特斯拉線圈不一樣



總而言之,能隔空讓燈管發亮的,可不是只有特斯拉線圈,只要是可以產生高壓電的裝置,都可以辦到!

例如這個「霓虹燈變壓器」,也可以產生一萬五千伏特的高壓電,所以也可以隔空點亮燈管喔!






霓虹燈接龍實驗

這個實驗要有專人指導才能進行,千萬不要自己模仿、嘗試喔!

不過,這個霓虹燈變壓器,電流是比較大的30毫安培,所以要是拿著燈管,讓燈管隔空發亮的話,可是立刻會有觸電的感覺喔!



Q
:為什麼這樣就會被電呢?


A:原來除了高壓電可以隔空放電外,另一個讓燈管隔空發亮的原因,是因為   電子會經由人體,進入地球表面這個大導電體,形成一個完整的迴路。



所以只要電流夠大,手持燈管的人就會感受到,因此而被電的哇哇叫!

沒想到就因為如此,老師竟然突發奇想,要大家用「霓虹燈變壓器」來玩「霓虹燈接龍實驗」

規則第一個人手持燈管,隔空接近霓虹燈變壓器,後面的人依序將燈管連接在一起,讓燈管一個接一個發亮。






結果只要燈管一發亮,拿著燈管的人立刻就會「來電」!現場尖叫聲四起,可說是流言追追追史上尖叫聲最多的實驗啦!



看大家被電的哀鴻遍野,老師總算出面解圍,透露有方法可以讓人不被電,而且燈管還是可以接力發亮。這個方法就是接地

為了方便連接,老師先用電線把燈管都連接起來。




接著又拿來一條金屬線,將最後一支燈管的尾端,連接上一般插座的地線插孔,進行「接地」。



神奇的是,這次--

在燈管一支支亮起來以後,大夥兒還真的一點被電的感覺都沒有耶!



《神奇的「接地」》

我們已經知道,會有觸電的感覺,是因為電流從人體進入地表。



不過,只要用導電性良好的金屬線來接地,讓電子選擇由金屬線進入地表,不經過人體,人當然就不會有被電的感覺!



而且也是因為如此,所以只要「接地線」接到哪,霓虹燈管就會亮到哪喔!





由此我們也可以知道,一般在家裡使用的電器,一定要做好接地措施,才能大幅減少被電到的機會喔!

遠距離傳電的特斯拉線圈?

既然已經知道特斯拉線圈確實可以隔空傳電,那麼關於它傳電數十公里,電力也不會有絲毫損耗的傳言,又是真是假呢?

小兵、蔓蔓和同學立刻展開實驗!

實驗目的循序漸進測試特斯拉線圈可隔空傳送電力的距離。
實驗方式沿著特斯拉線圈周圍,擺上一圈圈日光燈管,看看它傳電的距離有多遠。



第一組實驗距離特斯拉線圈周圍半徑40公分的範圍。



實驗結果最後僅有第一圈,也就是大約半徑10公分內的日光燈管完全亮起來!



而有極小部分發亮的第二圈燈管,則是在用手碰了以後,才勉強有全部發亮的跡象!



天哪,這實驗結果跟網路傳言會不會差太多了!
怎麼會這樣呢?


《特斯拉線圈無法隔空遠距離傳送電力的原因》

˜原因1:老師表示,在大氣壓下,如果想要利用高壓裝置隔空傳電的話,每傳1cm大約就需要1萬伏特的電壓。





而剛剛小兵和蔓蔓實驗用的特斯拉線圈,電壓大概在10萬伏特以內,所以放電距離才會只有10公分

也就是說,假如要像傳言所說,隔空傳電40公里的話,可能要有一個可以產生四百億伏特的特斯拉線圈才有辦法辦到!這基本上是完全不符效益的行為。

˜原因2:特斯拉線圈隔空放電產生的電弧,其實就類似一種人工閃電



它的高溫高熱可以一下子就把紙片燒穿,要是用來遠距離傳送電力的話,恐怕會跟打雷閃電一樣,對人類產生危險。





不過...
這並不表示隔空傳送電力是個不可能實現的夢喔!

這個「赫茲:電磁波諧和振盪器」就可以隔空點亮50CM外的一個小燈!





而前幾年美國的麻省理工學院,就是應用和電磁波諧和振盪器一樣的原理,隔空讓2公尺外的60W燈泡亮起來,完成目前距離最長、能量損失最少的無線傳電!



《「赫茲:電磁波諧和振盪器」的運作原理》

電磁波諧和振盪器能夠隔空放電,運用的其實是「共振」的原理。

就像人的聲波正好與酒杯振動頻率相同時,酒杯有可能會被震碎一樣。只要兩個物體震動的頻率相同,就可以有效交換能量。





而電諧振實驗儀,就是讓高壓放電的發射端、和連接燈泡的接收端進行共振。





使得電流可以透過電磁波傳遞出去,進而點亮50CM外的小電燈!



逃過高壓電攻擊的人?

關於有人站在50萬伏特的通電金屬籠中,卻還能毫髮無傷的網路影片,是不是一場騙局呢?

為了要印證傳言,蔓蔓代替大家進入金屬籠中,準備接受電擊。




不過,不像網路影片中用電流極高、可能會致命的特斯拉線圈,老師建議大家使用會產生高壓靜電的「范德格拉夫起電機」來做實驗。



范德格拉夫起電機

利用摩擦生電的原理,不斷產生大量靜電。這次流言追追追使用的,是會產生10萬伏特高壓靜電的范氏起電機。

10萬伏特的高壓靜電電到,是什麼感覺呢?

同學將手放在范氏起電機的金屬球上後,頭髮開始因為靜電,一根根豎立起



等到調皮的小兵伸手靠近這位全身充滿靜電的同學,竟然立刻就被肉眼可見的閃電攻擊。隨之而來痛痛麻麻的感覺,更是馬上就讓小兵彈跳開來!



雖然10萬伏特高壓靜電的威力,就已經相當強勁。



但為了和傳言中的50萬伏特更加接近,大夥兒特別準備了510萬伏特的起電機,圍繞在鐵籠周圍,準備攻擊鐵籠中的蔓蔓啦!



實驗開始!

蔓蔓首先觸碰鐵籠沒有電弧的部分,但想不到--
被五個十萬伏特高壓電弧不斷攻擊的鐵籠,竟然沒有帶電!蔓蔓完全沒有被電的感覺




接著最緊張的部分來了,蔓蔓心驚膽跳地,觸碰了十萬伏特電弧攻擊的部分...



結果--

竟然也是毫無感覺,甚至還能重複摸個好幾次!跟剛剛小兵被電弧電到的感覺完全不一樣!



這是為什麼呢?

老師表示:不管放電火花是10萬、50萬,還是100萬的高壓靜電,待在鐵籠裡,基本上都是安全的。而這都是因為「法拉第籠」的原理。



「法拉第籠」原理

所謂「法拉第籠」的原理,指的就是當一個導電性佳的物體帶電時,電荷會分布在物體的表面,而不存在物體內部。



就像飛機飛在天空上,不會被雷電影響到。就是因為飛機是由金屬所組成,所以閃電不會傷到飛機裡的人。

同理可證,雖然高壓電不斷攻擊鐵籠,但只要蔓蔓待在鐵籠裡,也就不管摸哪裡都絕對不會被電。

不過,假使是像網路影片中那種電流極大的電弧,除了躲在鐵籠裡外,還得搭配良好的接地措施,否則還是會有生命危險喔!






A:簡單來說,特斯拉線圈就是一個利用電磁感應,將低電壓轉變為高電壓的變壓器。

B
:只要電壓夠大,就能將空氣從絕緣體變成導體,所以除了特斯拉線圈外,電漿球、霓虹燈變壓器這類高壓放電裝置,其實都可以隔空傳電。

C
:根據我們的實驗,像特斯拉線圈這樣的高壓放電裝置,並沒有辦法透過空氣傳送遠距離、大功率的電力。

D
:就目前的科技來說,以電磁波共振的方式隔空傳送電力是最可行的,但傳送的距離和功率都不高。

E
:不論施加多高的電壓和電流,只要躲在導電性良好的金屬籠中,並且做好   接地措施,電流就會從籠子表面通過,而不會電到籠子裡的人。

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