你聽過電子紙嗎

它又稱為電子墨水螢幕

你可能在閱讀電子書

或使用一些特定的平板電腦時

會用到這類型的螢幕

它不僅能降低眼睛負擔

還有著超級低的能量消耗

但你有想過它是如何運作的嗎

首先我們得瞭解電子紙

和傳統的LCD或LED螢幕有什麼不同

傳統的螢幕是透過發光元件直接發光

讓你看到顏色和圖像

我們稱它為自發光顯示器

然而這種發光方式

對眼睛長時間使用的情況下

是種負擔

而電子紙則不同

你能看到它們類似於真正的紙張

都是透過反射光線來顯示文字和圖像

這種方式被稱為非自發光顯示器

因為它不會直接發出光線

而是利用外部環境的光源

如燈光或陽光

來提供閱讀所需的光線

這就是為什麼長時間使用電子紙閱讀器

眼睛不會感到疲勞的原因

電子紙

是如何做到在螢幕上任意的顯示文件

卻又不需要自行發光的呢？

實際上它們使用一種微膠囊技術

膠囊內裝有帶電的白色與黑色的粒子

通過控制電場

讓膠囊內的帶電粒子垂直上下升降

進而改變膠囊的顏色

這就像是有無數個微小的顏色開關

我們可以通過控制電壓

打開或關閉這些開關

從而顯示出我們想要的文字或圖像

看到這裡你可能會想知道

這個開關

是如何改變電場來控制帶電粒子呢？

如果可以控制電子的運動

還可以有哪些應用呢？

其實這個特殊開關

是由兩片帶電的平行金屬板所構成

金屬板分別帶正電荷與帶負電荷

並在周遭產生電場

那麼帶電平行板的電場

有什麼特別之處呢？

回顧一下前幾段影片談及的內容

單一點電荷的電力線是呈現輻射狀的

而上一節所討論的

是帶電金屬球的電力線

也是輻射狀的

那麼我要怎麼做

才能產生均勻且方向相同的電力線呢？

我們可以藉由地球重力場來類比

回憶一下

將地球視作一顆超級大球

其質量產生的重力場

如同帶電金屬球一樣呈現輻射狀

但有趣的是

住在地表附近的我們

感受到的重力場是強度均勻分布

且方向一致向下的

這當中的不同

便是因為人的大小相較於地球大小

差異甚大

所以只在極小區域的地球表面觀察時

就會看到地面接近水準

而且當中重力場的力線垂直向下

且強度均勻

所以回到之前的問題

如果是一片帶有電荷的金屬板

電場會如何分布呢？

我們透過類似的想法

將金屬球的一小塊區域靠近觀察

可以看到表面趨近水平線

當中電力線垂直於表面

且因為是小區域

所以附近的電場強度很均勻

平行電板由兩塊相對且平行的金屬板組成

金屬板上的電荷分布均勻

其中一塊帶正電荷

另一塊帶負電荷

帶正電的金屬平板

其電力線方向從表面垂直向外指出

而帶負電的金屬平板

其電力線方向垂直指向表面

將這兩塊帶等量電荷的電板

平行對放後

可以看到在電板中間的區域

因為正電板與負電板的方向一致

導致電力線密集度會提高

電場較強

但如果你還有印象

電場的強度與電力線密集程度有關的話

會發現在電板中間區域

電力線密集程度一致

故電場強度也一致

我們可以稱為均勻電場

另外 關注到電板外部的電力線

會因為方向不同

使得電力線的密集程度下降

電場較弱

所以如果我們真的想要創造完美均勻的電場

同學們可以想一想

還能怎麼嘗試呢？

我們會去假想

存在一個無限大的帶電平板

在這樣的平板下

電力線在各處的密集程度都相同

所以不管跟平板的距離多寡

其電場強度相當

而當兩片帶異性電的無限大平板

相互靠近時

除了兩個平板間的電力線更加密集外

平板外側不存在電力線

所以電場強度為0

這樣一來

就能在平板內創造出強度均勻

方向一致的電力線了

那有關相關現象的詳細解釋

我們在平行帶電板的電場影片中有完整說明

我們來思考一下這個問題

回到一開始的電子紙

我們把膠囊放置在兩個平行電板間

並且分別導入異性電

使得平板的中間區域

能產生方向一致的電力線

進而控制帶電的白色黑色粒子

垂直起降

於是就能在螢幕上

展現文字或圖案了

是不是很聰明啊

回顧一下今天學到的重點

平行電板的電力線會垂直金屬表面

假想存在兩個帶等量異性電的無限大平板

內部的電力線強度均勻

且方向一致

平板外部由於電力線方向相反

所以外部不存在電力線

電場強度為零

最後請想想看

電荷本身的電力線是呈現輻射狀的

但是在工業或科學上

常常需要的是方向一致

且強度均勻的電力線

所以平行電板的存在有其必要性

同學們還可以再查查看

工業上或科學上

有哪些地方也使用平行電板

來創造均勻電場呢？

歡迎留言分享你的發現

我們下次見

bye bye