酷实验：酷炫放电

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△《酷实验：酷炫放电》  ©新知数媒

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       上期视频给大家展示的是电弧像颜色、基尔里安摄影术和利希腾贝格图形的三个高压放电实验，展现了高压放电奇特而美丽的现象。本期的酷炫放电是对高压放电实验的延续，实验中选取CD光盘、白炽灯泡和蜡烛黑灰作为实验对象，放电现象在微距镜头下的表现更为震撼。

         或许很多人经历过这样的场景，因在抽屉深处不经意翻出具有十多年历史的CD唱片还能播放而回忆满满。光盘在80后的记忆中不可磨灭，就像小霸王游戏机一样，给80后的童年带来快乐。光盘是用极薄的铝质材料加上聚氯乙烯塑料保护层制作而成，由于这种铝质材料的存在，光盘才具有导电性。当高压发生器正负电极分别连接到光盘两端时，可以观察到美丽的电火花和飞舞的碎屑。这是因为在高压电场作用下，电极周围的空气被电离，电极附近带负电的离子朝着电势高的方向移动，而带正电的离子则相反。高速运动的电子和离子相撞后释放能量，当电子返回到基态能级过程中会辐射出光子，形成电火花。电火花燃烧并击碎CD上的铝制材料，同时电火花引起周围空气震动，因此产生飞舞碎屑的现象。

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       下图展示的是用白炽灯进行高压放电现象。白炽灯的主要用途是照明，它是利用电流加热灯丝产生热辐射发出可见的光源。而当灯泡接入高压电时会产生电弧。视频中，灯泡的底座通过导线连接高压发生器一端电极，当另一端电极靠近灯泡表面时，灯泡内会产生十分美丽的紫色电弧，而电弧还会随着电极移动。这是由于灯泡底座接入高压电路后，灯泡灯丝和外部高压电极之间产生电势差，灯泡外电极周围空气和内部的气体被高压激发后产生带有正负离子的等离子体。高压电场加速等离子体，使它高速撞击在灯泡的内外表面，因此电弧分布在灯泡的内外表面。而电弧随着电极移动是因为两电极之间的电场总是最大的，电极以外的区域电场很小，不足以激发气体产生电弧。当电极换成铜线圈放在灯泡上时，紫色的电弧会分布在铜线圈的周围，看起来既华丽又神秘。而当灯泡被击穿后，电弧只会出现在击穿点，把整个灯泡映红，看起来十分美丽。产生这一现象是因为灯泡外电场的铜线圈和灯泡内的灯丝产生电势差引起电弧在铜线圈周围放电。而高压放电产生的热量将灯泡表面加热，在高温下灯泡被击穿。灯泡本身是个大电容，当被击穿后这种电势差消失，这相当于在两电极之间形成高压通路，进而使得放电只在灯泡击穿处进行。这就类似电路中使用的电容，当电容被高压击穿后电路就变成了通路。

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        蜡烛是一种照明工具，在日常生活中经常可以见到。它是由石蜡制成的，点燃蜡烛后，石蜡经过融化和汽化过程形成蜡蒸汽，蜡蒸汽在空气中燃烧进而产生蜡烛火焰。而石蜡在不充分燃烧时会产生黑色的烟，其主要成分是碳。

       实验中，我们用蜡烛火焰将玻璃片熏黑，将高压发生器正负电极连接到玻璃片两端，电极两端形成电火花并向中心移动形成放电通路。

        继续放电时，玻璃片表面散布着繁星点点般的火花，我们在拍摄过程中眼睛都无法离开玻璃片，深深地被这美丽的现象所吸引。

        最终，玻璃表面会形成美丽的放电图案。产生这一现象是因为玻璃表面附着薄薄的可以导电的碳层，当玻璃片表面通电后，在高压电场的作用下，玻璃片表面附近的空气被激发产生电火花，进而燃烧碳形成闪亮的火花，被电火花燃烧掉的碳在玻璃上留下各种美丽的图案。

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酷实验系列：《高压放电的奇趣威能》《范式起电机》

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