膠 帶 貼 撕 生 電 李 義 評 1 * 紀 慶 隆 2 張 世 欣 3 吳 英 正 4 1 國 立 雲 林 科 技 大 學 產 業 精 密 機 械 研 究 所 2 臺 中 市 龍 海 國 民 小 學 3 國 立 彰 化 高 級 商 業 職 業 學 校 4 國 立 雲 林 科 技 大 學 機 械 工 程 系 壹 前 言 在 大 自 然 中 的 力 分 為 重 力 電 磁 力 核 力 弱 力 四 大 類, 在 目 前 所 接 觸 的 力, 以 電 磁 力 為 主 由 於 在 膠 帶 發 現 有 吸 引 頭 髮 的 情 形, 便 運 用 指 北 針 量 測, 指 北 針 不 動, 判 斷 為 電 力, 並 非 磁 力 經 由 研 究 將 檢 測 方 法 標 準 化, 包 括 靜 電 感 應 靜 電 強 弱 靜 電 類 型 及 絕 緣 性 判 斷 透 明 膠 帶 貼 撕 會 產 生 靜 電, 所 帶 的 靜 電 類 型 大 多 為 正 電, 撕 開 速 度 對 靜 電 強 弱 有 顯 著 影 響 膠 帶 材 質 會 影 響 靜 電 產 生, 膠 帶 本 身 絕 緣 特 性 佳 者, 電 荷 不 容 易 流 動, 靜 電 容 易 產 生 帶, 經 過 同 學 頭 髮 時, 發 現 同 學 頭 髮 豎 了 起 來, 引 起 了 我 的 注 意 不 知 是 否 跟 用 衣 服 磨 擦 塑 膠 尺, 此 時 塑 膠 尺 產 生 靜 電 可 以 吸 起 頭 髮 的 原 因 是 否 相 同 讓 我 們 對 於 膠 帶 及 靜 電 產 生 的 道 理, 感 到 非 常 好 奇 參 研 究 目 的 我 們 想 要 研 究 怎 麼 做 才 會 產 生 靜 電? 有 哪 些 因 素 會 影 響 靜 電 的 強 弱 和 類 型? 肆 材 料 所 用 的 膠 帶 如 圖 1a 及 圖 1b 所 示 但 膠 帶 本 身 絕 緣 特 性 不 佳 者, 電 荷 容 易 流 動, 靜 電 容 易 流 失, 會 不 帶 電 基 材 會 影 響 膠 帶 靜 電 的 產 生, 只 有 當 使 用 高 壓 電 作 業 絕 緣 鞋 做 基 材 時, 電 荷 不 易 流 動, 不 會 有 靜 電 產 生 其 他 基 材, 皆 有 靜 電 產 生 從 膠 帶 讓 我 們 得 知, 靜 電 除 了 摩 擦 圖 1a 生 電 外, 還 有 貼 撕 生 電, 呈 現 電 荷 守 恆 的 特 性 貳 研 究 動 機 當 我 們 上 美 勞 課 程 時, 同 學 撕 下 膠 * 為 本 文 通 訊 作 者 圖 1b - 44 -
膠帶貼撕生電 伍 檢驗方法 將此次有關的檢測方法陳述如下 包 括 靜電感應 靜電強弱 靜電類型 絕 緣性判斷 一 靜電感應 任何物質進入電場後 會有偶極化現 象 不論物質是否為絕緣體 都會使靜電 圖 2d 塑 膠 尺 瓶金箔張開角度變小 實驗步驟如圖 2a~2d 所 示 二 靜電強弱 判斷膠帶靜電強弱 靜電強弱由距驗電盤多少公分時 金 箔 張 開 角 度 會 變 化 步 驟 如 圖 3a~3b 所示 圖 2a 衛 生 紙 圖 3a 以 不 帶 電 的 物 體 測 靜 電 感 應 距 離 測 出 大 約 為 6cm 圖 2b 剪 刀 圖 3b 再 將 膠 帶 放 在 上 方 上 下 移 動 觀 察 金箔張開角度是否變化 以靜電感 應距離判斷靜電強弱 圖 2c 奇 異 筆 - 45 -
科 學 教 育 月 刊 第 341 期 中 華 民 國 一 年 八 月 三 靜 電 類 型 ( 判 斷 帶 正 負 電 ) 要 判 斷 膠 帶 所 帶 的 靜 電 為 正 電 還 是 負 電, 首 先 要 找 出 標 準 帶 正 或 負 電 物 體, 老 師 提 供 一 張 表, 顯 示 不 同 物 質 間 摩 擦 所 產 生 的 帶 電 性 由 表 中 可 得 知 (1) 毛 皮 跟 塑 膠 棒 摩 擦, 毛 皮 帶 正 電, 塑 膠 棒 帶 負 電 (2) 絲 綢 跟 塑 膠 棒 摩 擦, 絲 綢 帶 負 電, 塑 膠 棒 帶 正 電 先 將 毛 皮 跟 塑 膠 棒 摩 擦, 塑 膠 棒 帶 負 電 將 帶 負 電 塑 膠 棒 靠 近 驗 電 瓶, 再 來 將 運 用 感 應 接 地 起 電 ( 圖 4a~4d) 法 進 行 判 斷 電 極 性 塑 膠 棒 帶 負 電 時 進 行 感 應 接 地 起 電 ( 圖 5a), 當 膠 帶 為 帶 正 電 時, 金 箔 片 的 開 度 會 增 加 ( 圖 5b) 膠 帶 為 帶 負 電 時, 金 箔 片 的 開 度 會 減 少 ( 圖 5c) 步 驟 如 ( 圖 6a~6h) 所 示 圖 4a: 帶 電 體 靠 近 金 屬 產 生 靜 電 感 應 圖 4b: 手 觸 接 地, 使 部 分 電 荷 移 轉 圖 4c: 手 離 開 圖 4d: 帶 電 體 移 離, 物 體 帶 異 性 電 ( 資 料 來 源 : 陳 淑 敏 黃 義 傑,2007) - 46 -
膠帶貼撕生電 圖 5a 利用感應接地起電法使金箔帶正電 圖 6a 用 報 紙 摩 擦 壓 克 力 棒 產 生 靜 電 報 紙 帶 負 電 一 壓 克 力 帶 正 電 圖 5b 膠 帶 帶 正 性 電 箔 片 的 張 開 的角度會增加 圖 6b 以 衛 生 紙 快 速 碰 金 屬 盤 調 整 兩 金 箔 的 夾 角 約 90 度 圖 5c 膠 帶 帶 負 性 電 箔 片 的 張 開 的角度會減少 圖 6c 以 不 帶 電 物 質 測 感 應 距 離 並 劃 線 - 47 -
科學教育月刊 第 341 期 中華民國一 年八月 圖 6d 以 壓 克 力 棒 做 為 膠 帶 的 附 著 基 材 在使用前 先檢查壓克力棒是否帶 電 若帶電在微溼的抹布上清除電 荷 圖 6g 撕 下 第 一 層 使 金 箔 閉 合 帶 正 電 圖 6h 將 第 二 層 連 壓 克 力 使 金 箔 開 帶 負電 圖 6e 撕 下 一 層 膠 帶 20~30cm 長 貼 在壓克力棒 並消除電荷 四 絕緣性判斷 物體的絕緣性主要影響的是靜電產 生後停留在物體上的時間 絕緣性越好靜 電停留在物體的時間越長 規劃實驗為先 將 正 電 荷 儲 存 於 金 箔 上 張 開 角 度 90 度 再 將 基材 接 觸 金 屬 盤 2 秒 若金箔慢慢合起 代 表 絕 緣 性 不 佳 以 珍 珠 板 及 絕 緣 鞋 為 例 步 驟 如 圖 7a~7b 所 示 圖 6f 撕 下 另 一 層 膠 帶 20~30cm 長 貼在壓克力棒 並消除電荷 - 48 -
膠 帶 貼 撕 生 電 由 結 果 得 知, 再 將 膠 帶 撕 下 的 時 候, 一 條 膠 帶 在 三 次 皆 會 得 到 帶 正 電, 整 卷 膠 帶 會 得 到 帶 負 電 圖 7a 珍 珠 板 二 二 : 正 ( 膠 面 ) 反 ( 光 滑 面 ) 面 對 靜 電 的 影 響 先 將 從 整 卷 膠 帶 用 濕 抹 布 消 除 靜 電 後, 從 整 卷 撕 開 30cm 長 膠 帶, 分 將 一 條 膠 帶 的 膠 面 及 光 滑 面 及 整 卷 膠 帶 測 量 出 靜 電 類 型 及 靜 電 強 弱 結 果 如 表 2 所 示 表 2 正 ( 膠 面 ) 反 ( 光 滑 面 ) 面 對 靜 電 的 影 響 結 果 光 滑 面 膠 面 整 卷 消 除 靜 電 圖 7b: 絕 緣 鞋 第 一 次 15cm 15cm 陸 結 果 一 一 : 有 沒 有 靜 電 產 生 先 將 從 整 卷 膠 帶 用 濕 抹 布 消 除 靜 電 後, 撕 開 30cm 長 膠 帶, 分 將 一 條 膠 帶 及 整 卷 膠 帶 測 量 出 靜 電 類 型 及 靜 電 強 弱 結 果 如 表 1 所 示 表 1 有 沒 有 靜 電 產 生 結 果 第 一 次 第 二 次 第 三 次 一 條 膠 帶 15cm 12cm 16cm 整 卷 膠 帶 消 除 靜 電 第 二 次 第 三 次 12cm 16cm 12cm 16cm 由 結 果 得 知, 膠 帶 兩 面 帶 電 類 型 相 同 是 正 電, 而 靜 電 強 弱 也 一 樣 表 示 出 正 ( 膠 面 ) 反 ( 光 滑 面 ) 面 對 靜 電 的 沒 有 影 響 因 膠 面 在 時 容 易 黏 住, 所 以 後 面 用 光 滑 面 進 行 三 三 : 不 同 寬 度 的 膠 帶 對 靜 電 的 影 響 用 不 同 寬 度 ( 寬 度 4. 及 2.4cm) 的 鹿 頭 牌 透 明 膠 帶, 將 膠 帶 撕 開 後, 分 將 一 條 膠 帶 及 整 卷 膠 帶 測 量 出 靜 電 類 型 及 靜 電 強 弱 結 果 如 表 3 所 示 - 49 -
科 學 教 育 月 刊 第 341 期 中 華 民 國 一 年 八 月 表 3 不 同 寬 度 的 膠 帶 對 靜 電 的 影 響 結 果 第 一 次 第 二 次 第 三 次 寬 度 4. 一 條 膠 帶 20cm 1 21cm 整 卷 膠 帶 寬 度 2.4cm 一 條 膠 帶 15cm 12cm 16cm 整 卷 膠 帶 由 結 果 得 知, 但 寛 度 改 變 不 會 影 響 靜 電 類 型 及 靜 電 強 弱, 所 以 後 面 用 寬 度 2.4cm 進 行 消 除 靜 電 四 四 : 不 同 材 質 品 牌 膠 帶 對 靜 電 的 影 響 收 集 不 同 材 質 品 牌 膠 帶, 分 別 做 絕 緣 性 檢 測, 再 從 整 卷 膠 帶 撕 下 一 條, 分 別 測 量 一 條 及 整 卷 靜 電 結 果 如 表 4 所 示 由 表 4 可 得 知, 結 果 有 四 種 情 形 第 一 類 較 特 殊, 為 鹿 頭 牌 2.4cm, 一 條 膠 帶 時 穩 定 帶 正 電, 整 卷 膠 帶 有 時 不 帶 電, 有 時 帶 負 電 第 二 類 為 一 條 膠 帶 帶 正 電 整 卷 膠 帶 無 帶 電 共 有 3M stotch 隱 形 膠 帶 等 三 種 第 三 類 和 第 二 類 相 反, 為 一 條 膠 帶 帶 負 電 整 卷 膠 帶 無 帶 電 有 PVC 絕 緣 膠 帶 帶 等 二 種 第 四 類 為 兩 層 皆 不 帶 電, 有 牛 皮 紙 膠 帶 等 四 種 綜 合 測 試 結 果, 殘 餘 在 整 卷 膠 帶 的 電 力, 通 常 很 微 弱 或 不 易 測 得, 由 此 判 斷, 靜 電 強 弱 可 能 與 帶 電 體 的 形 狀 有 關 另 外, 從 實 驗 結 果 得 知, 膠 帶 絕 緣 特 性 和 膠 帶 有 無 帶 電 沒 有 絕 對 關 係 表 4 不 同 材 質 品 牌 膠 帶 對 靜 電 的 影 響 結 果 絕 緣 靜 電 感 應 1 2 3 一 條 1, 1, 19cm, 鹿 頭 牌 2.4cm 好 3cm 整 卷 無, 11cm, 3M stotch 一 條 14cm, 16cm, 22cm, 好 3cm 隱 形 膠 帶 一 條 20cm, 25cm, 23cm, 好 6cm PVC 棕 色 膠 帶 一 條 1, 1, 1, 好 4cm OPP 膠 帶 一 條 1, 1, 1, 好 4cm PVC 絕 緣 膠 帶 3M 一 條 10cm, 9cm, 15cm, 好 6cm 超 強 大 力 膠 布 一 條 無 無 無 不 好 4cm 牛 皮 紙 膠 帶 一 條 無 無 無 不 好 4cm 防 水 布 膠 帶 一 條 無 無 無 不 好 4cm 鋁 箔 膠 帶 Stotch blue 一 條 無 無 無 不 好 3cm 遮 蔽 紙 膠 帶 - 50 -
膠 帶 貼 撕 生 電 五 五 : 帶 電 膠 帶 上 的 電 荷 流 動 性 測 量 先 將 從 整 卷 膠 帶 用 濕 抹 布 消 除 靜 電 後, 徒 手 從 整 卷 撕 開 30cm 長 膠 帶, 方 法 如 上, 撕 下 後, 一 分 鐘 後 再 進 行 測 量, 實 驗 結 果 如 表 5 所 示 表 5 帶 電 膠 帶 上 的 電 荷 流 動 性 測 量 結 果 第 一 次 第 二 次 第 三 次 14cm, 14cm, 13cm, 由 表 5 可 知, 三 次, 將 膠 帶 撕 下 後 等 待 1 分 鐘 後 再 進 行 測 量, 發 現 膠 帶 上 的 靜 電 依 然 存 在, 表 示 電 荷 流 動 性 不 佳, 絕 緣 性 很 好 六 六 : 膠 帶 撕 開 速 度 對 靜 電 的 影 響 膠 帶 撕 開 時, 會 有 靜 電 產 生, 但 撕 開 速 度 快 慢 是 否 對 靜 電 產 生 有 影 響, 同 樣 撕 下 30cm 的 膠 帶, 第 一 種 慢 慢 撕 下, 總 共 時 間 5 秒, 第 二 種 快 速 撕 下, 總 共 時 間 1 秒 結 果 如 表 6 所 示 表 6 膠 帶 撕 開 速 度 對 靜 電 的 影 響 結 果 5 秒 1 秒 第 一 次 第 二 次 第 三 次 12cm, 14cm, 13cm, 1, 11cm, 14cm, 由 表 6 可 知, 撕 開 速 度 越 快, 所 帶 靜 電 愈 多 七 七 : 兩 膠 帶 撕 開 對 靜 電 的 影 響 找 尋 絕 緣 性 良 好 的 基 底, 經 絕 緣 性 測 量, 選 擇 壓 克 力 棒 做 為 基 底, 先 從 膠 帶 撕 20cm 長 膠 帶 貼 在 壓 克 力 棒 底 材 上, 用 濕 抹 布 消 除 靜 電, 用 驗 電 瓶 確 認 再 從 膠 帶 撕 20cm 長 膠 帶 疊 貼 在 第 一 張 膠 帶 上 再 用 濕 抹 布 消 除 靜 電, 並 用 風 吹 乾 結 果 如 表 7 所 示 表 7 兩 膠 帶 撕 開 對 靜 電 的 影 響 結 果 1 2 3 13cm, 10cm, 10cm, 第 一 層 膠 帶 第 二 層 膠 帶 + 15cm,, 10cm, 壓 克 力 棒 由 表 7 可 知, 當 用 兩 膠 帶 疊 貼 時 後 再 撕 開, 第 一 層 膠 帶 皆 帶 負 電, 第 二 層 膠 帶 + 壓 克 力 棒 帶 正 電 八 八 : 不 同 基 材 對 靜 電 產 生 的 影 響 將 基 材 做 改 變, 只 用 一 層 膠 帶 貼 上 基 材 後 撕 開, 將 結 果 彙 整 如 表 8 所 示 由 表 8 可 得 知, 結 果 有 二 種 情 形 第 一 種 膠 帶 帶 負 電, 共 有 珍 珠 板 等 七 種 第 二 種 膠 帶 不 帶 電 只 有 絕 緣 鞋 不 同 基 材 對 靜 電 產 生 有 影 響 絕 緣 特 性 對 膠 帶 貼 撕 - 51 -
科 學 教 育 月 刊 第 341 期 中 華 民 國 一 年 八 月 靜 電 產 生 無 直 接 關 係 因 不 論 絕 緣 性 好 或 不 好, 皆 可 能 有 靜 電 產 生 柒 討 論 與 結 論 一 經 由 研 究 將 檢 測 方 法 標 準 化, 包 括 (1) 靜 電 感 應 (2) 靜 電 強 弱 (3) 靜 電 類 型 (4) 絕 緣 性 判 斷 二 由 結 果 得 知, 透 明 膠 帶 貼 撕 會 產 生 靜 電, 所 帶 的 靜 電 類 型 皆 為 正 電, 撕 開 速 度 對 靜 電 強 弱 有 顯 著 影 響 三 膠 帶 材 質 會 影 響 靜 電 產 生, 膠 帶 本 身 絕 緣 特 性 佳, 電 荷 不 容 易 流 動 但 膠 帶 本 身 絕 緣 特 性 不 佳, 電 荷 容 易 流 動, 靜 電 容 易 流 失 四 基 材 會 影 響 膠 帶 靜 電 的 產 生, 只 有 當 使 用 高 壓 電 作 業 絕 緣 鞋 做 基 材 時, 電 荷 不 易 流 動, 不 會 有 靜 電 產 生 其 他 基 材, 皆 有 靜 電 產 生 參 考 文 獻 維 基 百 科 http://zh.wikipedia.org/wiki/%e 9%9D%9C%E9%9B%BB%E5%AD %B8 開 啟 密 室 的 小 縫 ~ 靜 電 理 論 不 完 善 處 之 探 討 與 現 象 揭 示, 陳 淑 敏 黃 義 傑, 全 國 第 四 十 八 屆 中 小 學 科 展 國 中 組 理 化 科 逢 甲 大 學 林 泰 生 教 授 http://knight.fcu.edu. tw/~tslin/course_uint.htm Hecht, Physics; Serway, Physics for scientists and engineers Charging of Adhesive Tapes on Peeling http://sciencelinks.jp/j-east/article/2 00706/000020070607A0223458.php 表 8 不 同 基 材 對 靜 電 產 生 的 影 響 結 果 基 材 絕 緣 性 檢 測 1 2 3 珍 珠 板 好 10cm, 9cm, 9cm, 玻 璃 不 好,,, 不 銹 鋼 門 不 好 12cm, 15cm,, 磨 石 子 窗 台 不 好 1, 19cm, 16cm, 塑 膠 桌 墊 不 好 14cm, 20cm, 22cm, 椅 子 不 好 15cm, 15cm, 1, 壓 克 力 棒 好 12cm, 16cm, 1, 絕 緣 鞋 好 無 無 無 - 52 -