粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

王發(fā)應(yīng)+鄧明非+周鳳頂+王英

摘要：已有對(duì)粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)的研究成果，多存在粉塵不連續(xù)、濃度不均勻、實(shí)驗(yàn)成功率不高、重復(fù)性差的問題。為此，我們通過大量的探索試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了新的粉塵爆炸試驗(yàn)裝置。利用玩具風(fēng)扇對(duì)裝置內(nèi)進(jìn)行鼓氣，可在裝置中形成連續(xù)、均勻的粉塵，點(diǎn)火后可獲得很好的實(shí)驗(yàn)效果。該裝置易加工、制作簡單、成本低廉、容易推廣。

關(guān)鍵詞：粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)；裝置設(shè)計(jì)；點(diǎn)火系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

文章編號(hào)：1005–6629（2017）2–0059–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 研究背景

現(xiàn)行人教版九年義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)》（九年級(jí)上冊(cè)）第138頁[實(shí)驗(yàn)7-3]粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法，以及目前絕大多數(shù)教師對(duì)該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[1～5]中，都是用氣囊或打氣筒對(duì)裝置進(jìn)行鼓氣，用硬紙板密封裝置，點(diǎn)燃的蠟燭引爆。這些實(shí)驗(yàn)方法在裝置中產(chǎn)生的粉塵不連續(xù)、濃度不均勻，實(shí)驗(yàn)成功率不高；當(dāng)爆炸發(fā)生時(shí)，用來密封的硬紙板亂飛，存在一定的安全隱患；粉塵飛濺，污染實(shí)驗(yàn)環(huán)境；這種實(shí)驗(yàn)方法產(chǎn)生的爆炸現(xiàn)象具有一定的偶然性，實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性差。為此，我們通過大量的試驗(yàn)，利用玩具小風(fēng)扇向裝置內(nèi)進(jìn)行鼓氣，在裝置中獲得連續(xù)、均勻的粉塵；用半固定在塑料筒上口的汽車輪胎橡膠皮來密封裝置，避免了密封蓋亂飛所造成的安全隱患和撿拾的麻煩；在爆炸后，半固定的汽車輪胎橡膠皮又能自動(dòng)復(fù)位，重新封閉塑料筒，簡化了實(shí)驗(yàn)操作；用丁烷打火機(jī)或電子打火槍進(jìn)行點(diǎn)火引爆，并用一漏斗將火焰保護(hù)在其中，提高了實(shí)驗(yàn)的成功率。

2 實(shí)驗(yàn)裝置

裝置各部分的功用說明：

橡膠皮：由廢棄的汽車內(nèi)胎切割而成，用于密封塑料筒。半固定在塑料筒上口，爆炸后能被彈開，又能自動(dòng)復(fù)位而重新密封塑料筒，避免了其被炸飛而造成的安全隱患和撿拾的麻煩。

塑料筒：通過上口的橡膠皮和下口底座進(jìn)行密封，為粉塵的爆炸創(chuàng)造有限的密閉空間。

塑料漏斗：由塑料飲料瓶的頸部切割而成，固定在底座上。將針管和導(dǎo)線罩在其內(nèi)，避免點(diǎn)火時(shí)風(fēng)扇產(chǎn)生的風(fēng)力將火焰吹滅。

底座：用于承載和固定打火機(jī)（或電子打火槍）、玩具風(fēng)扇和塑料筒。

丁烷打火機(jī)：作點(diǎn)火的氣源。

固定鐵絲：用于固定塑料筒和底座。

玩具風(fēng)扇：為塑料筒提供持續(xù)穩(wěn)定的風(fēng)力，能將堆放在底座上的面粉揚(yáng)起，在塑料筒內(nèi)形成連續(xù)、均勻的粉塵，從而提高引爆粉塵的成功率。

3 制作材料

長30cm φ10cm左右的硬質(zhì)塑料筒（糖果瓶、酒盒等）1個(gè)，φ15cm左右的塑料糖果瓶蓋1個(gè)，丁烷打火機(jī)1個(gè)，輸液器頭皮針1顆，玩具小風(fēng)扇1個(gè)，260mL圓柱形礦泉水瓶1個(gè)，汽車輪胎橡膠皮，502膠水。

4 制作方法

4.1 底座的制作

在φ15cm左右的塑料糖果瓶蓋中央鉆一個(gè)與礦泉水瓶蓋外徑大小相當(dāng)?shù)目?，在礦泉水瓶蓋中央鉆一個(gè)小孔，將礦泉水瓶蓋塞入塑料糖果瓶蓋中央的孔中，用膠水粘牢固定（如果孔太大，可在空隙間填少許棉花，再滴入膠水進(jìn)行粘接，如圖2a所示）；然后截取一個(gè)260mL礦泉水瓶頸部（高約5cm），擰緊在礦泉水瓶蓋上即成（如圖2b所示）。

4.2 點(diǎn)火系統(tǒng)的裝配

取出丁烷打火機(jī)的壓電器，將兩根細(xì)導(dǎo)線的兩端除去絕緣皮后，分別與打火機(jī)壓電器上的導(dǎo)線和下端的金屬體相連（如圖3a所示），然后將壓電器裝回打火機(jī)原位；將一次性輸液器頭皮針剪去針頭帽，將細(xì)塑料管套在打火機(jī)的氣門柱上，用少許膠水粘牢密封固定（如圖3b所示）；將壓電器上引出的一根導(dǎo)線破頭去掉絕緣皮后纏在頭皮針金屬針管上，再將頭皮針金屬針管和另一根破頭去掉絕緣皮后的細(xì)導(dǎo)線并排著（細(xì)導(dǎo)線去掉絕緣皮部分和金屬針管不接觸）插入底座中央的小孔中，調(diào)節(jié)細(xì)導(dǎo)線頭與頭皮針金屬針管出口相距0.5㎝左右，用膠水將兩者與底座粘牢密封固定（如果孔太大，可在空隙間填少許棉花，再滴入膠水進(jìn)行粘接固定）；在底座邊沿切開一個(gè)與氣體打火機(jī)罐體大小相當(dāng)?shù)娜笨?，將打火機(jī)氣罐插入缺口中固定，邊調(diào)節(jié)打火機(jī)氣體閥門邊進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，直至能夠正常燃燒并形成2cm高左右的火焰為止（如圖3c所示）。

4.3 硬質(zhì)塑料筒的加工

取長30cm φ10cm左右的硬質(zhì)塑料筒，在其一端（下端）切一個(gè)2cm×2cm的缺口，另鉆三個(gè)間距相等的小孔；再在其另一端（上端）側(cè)壁上相距5cm鉆兩個(gè)小孔后，放上一塊厚度適中、φ15cm左右彈性好的汽車輪胎橡膠皮，用細(xì)鐵絲與小孔連接固定，細(xì)鐵絲與塑料筒接觸處用膠水密封（如果孔太大，可在空隙間填少許棉花，再滴入膠水進(jìn)行粘接）即成（如圖4所示）。

4.4 裝置的組裝及完善

將加工好的硬質(zhì)塑料筒放在裝好點(diǎn)火系統(tǒng)的底座上（缺口與打火機(jī)氣罐錯(cuò)開成90°左右），再在對(duì)應(yīng)塑料筒邊沿上小孔的位置的底座上各打一個(gè)小孔，用細(xì)鐵絲將硬質(zhì)塑料筒和底座連接固定在一起；在底座邊沿上對(duì)準(zhǔn)硬質(zhì)塑料筒下端缺口位置切一個(gè)缺口，將一個(gè)玩具小風(fēng)扇的扇葉對(duì)準(zhǔn)硬質(zhì)塑料筒下端缺口，插入底座邊沿的缺口中，用膠水固定即成（如圖1所示）。

5 使用方法

掀開塑料筒上口的橡膠片，向裝置內(nèi)加入約20g干燥的面粉，使其平鋪在底座上（漏斗外），打開玩具小風(fēng)扇電源，只需幾秒鐘，在塑料筒內(nèi)就會(huì)形成濃度均勻、穩(wěn)定的粉塵，按下氣體打火機(jī)打火器（電子打火槍）進(jìn)行點(diǎn)火，就會(huì)產(chǎn)生響亮的爆炸聲和明亮的火光，塑料筒上口的橡膠片即被掀開，隨即又自動(dòng)彈回封閉塑料筒。

每間隔幾秒鐘，再次按下氣體打火機(jī)打火器進(jìn)行點(diǎn)火，就會(huì)重復(fù)產(chǎn)生上述現(xiàn)象。

6 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）利用低速玩具風(fēng)扇進(jìn)行鼓氣，從而使得塑料筒內(nèi)形成濃度均勻、穩(wěn)定的粉塵。先吹風(fēng)后再點(diǎn)火，可避免認(rèn)為爆炸原因是鼓氣造成，同時(shí)也提高了實(shí)驗(yàn)的成功率。

（2）利用低速玩具風(fēng)扇進(jìn)行鼓氣，在塑料筒內(nèi)形成濃度均勻的粉塵的同時(shí)，也為塑料筒內(nèi)提供了充足的空氣，增加了粉塵與空氣的接觸面，為實(shí)驗(yàn)的成功提供了保障。

（3）利用固定在塑料筒口汽車輪胎橡膠皮來密封裝置，避免了原實(shí)驗(yàn)中硬紙板亂飛、粉塵到處飛濺造成的麻煩，使實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)封閉的效果，簡化了實(shí)驗(yàn)操作，使爆炸實(shí)驗(yàn)安全可靠地進(jìn)行。

（4）所有材料均為生活常備物品和廢棄物，且為塑料材質(zhì)。材料易得，容易加工，制作簡單，成本低廉，容易推廣。

7 實(shí)驗(yàn)說明

爆炸發(fā)生前，由于火焰處于漏斗內(nèi)部，風(fēng)扇形成的風(fēng)力對(duì)其沒有影響，不會(huì)被吹滅。但爆炸發(fā)生后，爆炸形成的壓力會(huì)將火焰震滅。因此需要重復(fù)打火操作，才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的爆炸現(xiàn)象。

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