一般来说,电蚊拍都会有3层金属网,其中靠外的两层较疏的金属网是同极的,中间一层是另一极。
当蚊虫处在内外两层金属网之间时,两极发生放电,把蚊虫电死。
电蚊拍的电压是很高的,应该有上千伏。(因为放电量很小,所以一般来说不会对人造成伤害,但足以杀死蚊蝇。)
内外网的间距大约在5mm左右,此时电压不足以把之间的空气击穿,两极可以认为是绝缘的。因此不会时刻发生放电。
在蚊虫进入两层网之间时,由于蚊虫的身体导电性很好,几乎可以看作导体[1],此时相当于两电极之间的空气层变薄了。在薄到一定程度时,电压把空气击穿了,形成电弧放电。
击穿的意思是,空气分子在极强的电场下发生了电离。
空气被电离的时候发生了什么呢?
空气中的氮分子氧分子都是电中性的。在电场下,分子的正电荷中心和负电荷中心发生了分离,电场越强,分离得越显著。
直到外电场强到使电子可以完全脱离原子实的库仑吸引。此时分子就不复存在了,只有自由电子和离子。
(空气的击穿场强大约为30kV/cm。如果取电蚊拍的两极电压为3千伏,那在空气层厚度1mm左右的时候就可以被电离了。)
这个时候空气就能导电了。电蚊拍通过“外网—蚊虫的身体—电离的空气—内网”这条路,发生了放电。
电离空气放电这个过程,就叫电弧。
电蚊拍的声音和火花就是在这个过程中产生的。
就和电闪雷鸣的原理一样。
这个放电过程只持续很短的时间[2]。但空气电离产生的电弧瞬间温度可以达到5000摄氏度。
剧烈的热胀冷缩急速推动了周围的空气。推动的速度比音速还要快,在这个过程中空气和空气发生了非常剧烈的碰撞[3]。
正是因为此,那么一点点空气才能发出如此响亮的噼啪声。
下面以一只被电死的苍蝇的视角来回顾一下整个过程:
苍蝇一旦飞到外层疏网处,它的命运就已经无法改变了。电场会把它向内吸。
它越来越靠近内层网。在自己的身体距离内网还有1mm时,它就触发了电弧。
此时,如果它还有意识的话,它会感觉到很烫、感到强烈的震动几乎要把它的肢解、强光会把它的复眼闪瞎。
但实际上在这一切发生的之前一瞬,它就已经被电死了(或电晕了?)。
我这几天在老家无聊得紧,特地做实验试了一下。
声音和火花都只发生在刚刚打上苍蝇的时候。
当一只苍蝇的身体夹在两层网之间,同时接触内外网(也就是苍蝇用自己的身体连通两电极)时,按通电开关不会有剧烈的声音和火花,只有很弱的电流流