對於身處於亞熱帶氣候的臺灣

我們可能不分四季都會受到蚊子的騷擾

被蚊子咬到時

除了紅腫與搔癢難耐之外

還有可能成為病媒傳播的媒介

甚至夜深人靜時

在耳邊嗡嗡嗡飛來飛去的蚊子更是擾人清夢

這時候就需要一支居家必備的滅蚊神器「電蚊拍」

蚊子被電蚊拍打到時

會聽到啪啪啪的聲音

並且伴隨著火花閃光

蚊子馬上就會死掉

甚至飄出烤焦味

這是什麼物理原理呢？

電蚊拍運作的基本原理又是什麼呢？

跟平行帶電板又有什麼關係呢？

我們在前面的章節已經學過點電荷電位與電位差的概念

若Q為正電荷

則距離Q越近

r越小

電位愈高

反之

若Q為負電荷

則距離Q越近

r越小

電位愈低

將二維空間中電位相同的點連線即為等位線

並由V等於kQ除以r可知

點電荷的等位線在平面上必為圓形

再透過等位線的分布情況

可推得電場的空間分布

我們可以看到電力線與等位線會互相垂直

如果我們有很多個點電荷整齊地排成一直線

點電荷系統的結果還適用嗎？

還是會有什麼不同的結果呢？

如果這些點電荷不只排成一直線

而是一整個金屬板平面

就形成帶電金屬板

若帶正電與帶負電金屬板

互相平行並間隔一段距離

這就是一對平行帶電板

而平行帶電板

一般而言會是兩個無限大金屬板所組成

其實也可以視為非常多個規律排列的點電荷疊加效果

因此離正電荷越近

電位就愈高

離負電荷越近

電位就愈低

這部分是跟點電荷系統一致的性質

因此平行帶電板之中

正電板為高電位

而負電板則為低電位

平行帶電板之間的空間

有著很特別的現象

放入靜止正電荷

會自發性地向負電板移動

反之放入靜止負電荷

則會向正電板移動

此方向是電荷在電場作用下的移動方向

也是電位能降低的方向

這說明了帶電粒子在平行帶電板之間存在著電場與電力的作用

而電荷之所以能在電場中移動與加速

就是受到電力的作用

且受力方向和電場方向相同

垂直電場的方向則沒有受到靜電力

正電質點所受的力則可表示如畫面中式子

平行帶電板均勻電場中的等位線又是如何分布呢？

由於平行電板內部的電力線大致上為互相平行的直線

而我們前面也知道了電力線會與等位線垂直

因此在均勻電場中

等位線是一條條與帶電板平行的直線

不同的等位線之間便存在電位差

均勻電場中兩點的電位差等於電場量值乘以兩點的距離

但請注意

此距離必須是與電場方向平行的距離d

而不是L喔！

我們來思考一下這個問題

你知道嗎？

最早的電蚊拍原型

是由臺灣發明家徐鴻志於1988年發明的

並於同年的8月30日申請專利

此後

各種改進的型號和品牌不斷湧現

至今已有多種更加注重安全性或高效的電蚊拍可以使用

而電蚊拍的工作原理是通過一個升壓電路

來將兩金屬網之間電位差升高到2000伏特以上

當兩金屬網之間有蚊子

也就是導體

通過時會使空氣的電阻降低

電流會通過蚊子的身體而流向最短路徑

讓蚊子觸電

並藉由電流熱效應發熱

進而產生電火花

擊暈或擊斃蚊蟲

我們來整理一下本單元學習到的重點

一對平行帶電板之間會產生均勻電場

在均勻電場中的等電位線是平行於帶電板的直線

位於平行帶電板之間的帶電質點

於平行電場的方向有受到靜電力作用

公式如畫面所示

均勻電場中兩點間的電位差等於電場量值

乘以兩點間與電場方向平行的距離

最後一起想一想吧

如果帶電粒子在平行帶電板中

可以受到均勻的電場作用而受到電力

藉由牛頓第二運動定律F等於ma可知

帶電粒子會得到加速度

這樣的現象在近代物理還有什麼樣的應用呢？

平行帶電板若是尺寸無限大

跟有限大之間的差別是什麼呢？

為什麼平行帶電板內部的電力線會是直線？

那麼靠近邊緣的電力線也會是完美的直線嗎？

如果電蚊拍能產2000伏特以上的高電壓

那麼不小心電到人的話

是否會有生命危險呢？

討論看看

歡迎留言分享你們的想法

下次見囉

bye bye