無(wú)塵黑板、黑板擦系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周波 劉利利

【摘要】為了減少使用普通黑板及黑板擦帶來(lái)的粉塵危害，從摩擦起電的角度出發(fā)設(shè)計(jì)一種無(wú)塵黑板+黑板擦系統(tǒng)設(shè)計(jì)。利用大學(xué)物理中的靜電感應(yīng)理論：兩種不同的物體相互摩擦后，一種物體帶正電，另一種物體帶負(fù)電的現(xiàn)象。利用此原理，通過(guò)改變黑板的材質(zhì)和黑板擦的材質(zhì)，達(dá)到在黑板擦擦拭過(guò)程中與黑板本身形成大量的摩擦靜電，在生成的靜電作用下，將粉塵一直吸附在未擦拭的板面上，直至最終在黑板底部的風(fēng)塵收集盒中收集，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了無(wú)粉筆灰塵飛揚(yáng)的效果。

【關(guān)鍵詞】摩擦起電 ?無(wú)塵黑板 ?靜電感應(yīng)

一直以來(lái)，學(xué)校教室的各種設(shè)備都在除舊布新，這些教學(xué)用具對(duì)人類(lèi)知識(shí)的傳播而言可謂勞苦功高。先進(jìn)的教學(xué)用具能夠顯著提高教學(xué)的效率，更好傳承前輩留下來(lái)的智慧結(jié)晶。所以，歷代教育工作者推陳出新，致力于完善現(xiàn)有的工具。然而，哪些工具是真正適合且有用的，還需推敲。“黑板+粉筆”作為最為普及的教學(xué)工具，至今仍廣泛應(yīng)用于一線(xiàn)教學(xué)當(dāng)中。在“全面改薄”項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，“按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)配置滿(mǎn)足教學(xué)需求的黑板”明確為20條底線(xiàn)之一，凸顯了黑板在教學(xué)中的重要地位。

黑板雖然是教室里的必備的用具之一，但它產(chǎn)生的粉塵一直是危害教師職業(yè)健康的一大隱患。全國(guó)各省市的調(diào)研資料顯示：粉塵引起的塵肺以及各種急慢性呼吸道疾病是目前職業(yè)病中危害最嚴(yán)重最廣泛的一種。到目前為止，市面上的無(wú)塵黑板主要有以下幾類(lèi)：自動(dòng)無(wú)塵黑板清潔裝置、手轉(zhuǎn)式自動(dòng)擦無(wú)塵黑板、電動(dòng)多功能無(wú)塵擦黑板機(jī);此外還有幾何體微粒顯字無(wú)塵黑板、無(wú)灰磁性黑板、吸磁性樹(shù)脂復(fù)合板材無(wú)塵黑板等。然而，這幾類(lèi)無(wú)塵黑板都有共同的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、耐久性差，致使其大范圍推廣的阻力較大。如何在傳統(tǒng)黑板的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)，盡量減弱無(wú)塵黑板的復(fù)雜度，更高程度的減低其價(jià)格，更大限度的增加其壽命，非常有必要從實(shí)用、簡(jiǎn)單的角度出發(fā)，研究一類(lèi)無(wú)塵黑板。

一、研究目的及意義

本研究從摩擦起電的角度出發(fā)設(shè)計(jì)一種無(wú)塵黑板+黑板擦系統(tǒng)。利用大學(xué)物理中的靜電感應(yīng)理論：兩種不同的物體相互摩擦后，一種物體帶正電，另一種物體帶負(fù)電的現(xiàn)象。

利用此原理，通過(guò)改變黑板的材質(zhì)和黑板擦的材質(zhì)，達(dá)到在黑板擦擦拭過(guò)程中與黑板本身形成大量的摩擦靜電，在生成的靜電作用下，將粉塵一直吸附在未擦拭的板面上，直至最終在黑板底部的風(fēng)塵收集盒中收集，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了無(wú)粉筆灰塵飛揚(yáng)的效果?；诖嗽碓O(shè)計(jì)的黑板擦沒(méi)有任何機(jī)械原件，沒(méi)有任何能耗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，耐用性好，推廣范圍廣。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

（一）實(shí)驗(yàn)裝置

該設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容在此實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上進(jìn)行，篩選多組兩種材料的組合，一種制作成黑板板面，一種制作成黑板擦。當(dāng)黑板板面材料和黑板擦兩種材料摩擦后，兩種材料表面發(fā)生電荷的定向移動(dòng)，分別帶有等量的不同極性的電量，從而吸附住在擦黑板過(guò)程中產(chǎn)生的飛揚(yáng)風(fēng)塵。通過(guò)改變黑板板面材料表面性質(zhì)，如涂膜，調(diào)整表面平整度等方法增強(qiáng)摩擦引起的靜電量。

（二）靜電測(cè)量原理

整個(gè)研究過(guò)程中黑板板面材料所帶靜電大小分布通過(guò)電容探針?lè)y(cè)量，如圖1所示。主要使用的儀器為探測(cè)電極和靜電電壓表。測(cè)量?jī)x器的布置圖如圖1（a）圖所示，測(cè)量裝置的等效電路圖1（b）。由此可得帶電體表面電荷面密度σ為：

σ=■

其中：C1為待測(cè)帶電體與地之間的電容，C2為探針尖端與樣品表面之間的電容，C3為靜電電壓表的輸入電容，A為帶電體表面與探針相對(duì)應(yīng)的面積，U3根據(jù)靜電電壓表測(cè)量電壓。

a.儀器布置圖 ? ? ? ? b.測(cè)量原理等效電路圖

圖1 靜電測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量原理圖

三、結(jié)語(yǔ)

無(wú)塵黑板+黑板擦系統(tǒng)設(shè)計(jì)將為廣大師生營(yíng)造一種安全、無(wú)塵、健康的課堂教學(xué)環(huán)境，有力的緩解了廣大師生談“塵”色變的心理壓力。在一定程度上，把教師和學(xué)生的注意力集中到了課堂教學(xué)本身的教與學(xué)上，從而提高了教師授課效率和學(xué)生課堂接受效率。因而，無(wú)塵黑板+黑板擦系統(tǒng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，不僅是一種提供健康、無(wú)塵的課堂授課環(huán)境的方式，更是一種提高教學(xué)效率的手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]李建偉. 摩擦起電現(xiàn)象略解[J]. 職大學(xué)刊，1998，（04）.

[2]趙凱華，陳熙謀.電磁學(xué)[M] .第二版. 北京： 高等教育出版社，2006.

[3]趙凱華，陳熙謀.電磁學(xué)[M] .第二版.北京： 高等教育出版社，2006.

基金項(xiàng)目：2018年度重慶三峽學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練校級(jí)項(xiàng)目，2018059，無(wú)塵黑板+黑板擦系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

作者簡(jiǎn)介：周波（1997-），男，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，重慶三峽學(xué)院教師教育學(xué)院物理學(xué)（師范類(lèi)）學(xué)生;劉利利（1985-），女，漢族，山西繁峙人，副教授，博士，材料位錯(cuò)缺陷，重慶三峽學(xué)院教師教育學(xué)院教師。