科學玩具－電學－再論神奇測電條

電池有測電條已經不是新鮮事，但是如果加上這項專利之後的價格就飆漲的話，對於消費者而言未免有點不划算，試問，有多少比例的使用者會在使用前就想知道電池的蓄電量還有多少呢？所以若有一部分的金額是附加在這項功能上，那就會讓銷售量受到限制。

基本上，測電條在會安裝在電池側邊，以不妨礙正負極端點接觸為宜

利用顏色區別來告知使用者目前電池可以正常供應的比例

目前在市面上可以看到、方便買到的是電池大廠所推出的鹼性電池才附有測電條，一般的乾電池式沒有的。既然是鹼性電池，那外觀雖然和乾電池很像，不過實際上還是有一點點差別的，至少筒身長度有些許不同，不曉得你有沒有過這種經驗，把電池裝在遙控器時，置入乾電池和鹼性電池的緊密程度是有差異的。

電池包裝膜上有兩個白色小點，同時按下去就可以進行PowerCheck

而PowerCheck即為測電條的英文名稱

拆掉外面披覆、用以絕緣的塑膠膜後，可以看見筒身呈現銀灰色的光澤

這是鋅殼，一種氧化能力強但氧化物質地緻密的金屬

乾電池的正極圓蓋上有一根當作惰性電極的碳棒，功能為接受並傳導電子，而筒身則是容易失去電子而當做負極的鋅殼。不過鹼性電池的構造稍有不同，除了電解質成分和狀態不一樣以外，連電極的形式外觀也大異其趣。鹼性電池的正極並不是圓蓋，而是一體成型但底部闕如的圓筒，相對的，負極並不是像乾電池鋅殼般的圓筒，而是圓型的金屬底板加上集電棒。

正極的形態與負極的形態雖然不同，但都是傳導電子能力強大的導體

正負極之間夾有圓形的紙片和墊圈作為絕緣，將正負極隔開而不致短路

既然鹼性電池的正極的形態是圓筒，那範圍就大很多，所以測電條的正極接觸點其實是可以任意擺置的，所設計出來的測電條也就可以多樣化，不過小小的設計還是不要太花俏比較好，畢竟電池上可使用的空間有限，總不能設計成螺旋形吧？

測電條所涵蓋的區域下有一條絕緣的紙片，紙片上有圓孔和長條

圓孔底下是一片銀色的可以導電的區域，長條底下則沒有

可以用手輕易地將紙片剝下來，長條形的缺口像是觀景窗一樣

圓孔只有正極端有，負極端就沒有了

仔細觀察一下就可以發現紙片去除後的區塊呈現桃紅色，除了兩端是方塊的形狀之外，中間部分的連接處是一邊寬一邊窄的梯形，負極端最窄而往正極端的方向則是越來越寬，這樣設計是有其用意的。

隱約可以看到中央夾著一條長方形的薄片，可以用刀片繼續切割分離

如果翻過來看的話，對應的位置剛好是液晶變色條的位置

使用一般模式拍攝的話，雖然可以觀察到桃紅色的區塊，但是在外圍紅色背景的干擾下讓觀察受到影響，必須要聚精會神才看得出分界在哪裡，也才能找到石墨電阻薄片的位置，因此我使用了一個簡單的方法，還沒有人想到並實行過，但卻可以明確地拍出隱藏在其中的石墨電阻薄片形狀，而不是實物就在眼前卻老是畫示意圖。在接下來的相片中會一一呈現，使用對照的方式讓對比強烈些。

讓人眼睛為之一亮的方法就是背光，拿一個手電筒當作背景光源，在強光照射下，幾乎不透光的石墨電阻薄片會呈現黑色，相較於其他透光的部分顯得明顯多了，可以觀察到明確的分界，更可以清楚地知道正負極間的寬窄程度區別。

可以看到絕緣用紙片剝除後，圓孔下方對應一個銀色的圓形接觸點

按壓時才會跟電極接觸，平時是呈現斷路狀態

電阻薄片由負極至正極逐漸變寬，也代表電阻漸漸變小，熱效應會相對減弱

整體來看，電阻在負極是比較大的，電流熱效應較為明顯

因此，測電條上的液晶轉變成黃色時，都是由負極開始往正極的方向暈染過去

有關電流熱效應在測電條上的應用與原理說明，在之前發表過的文章（科學玩具－熱學－神奇測電條）中就已經提過，在此不再贅述。但是在反覆的測試之下，從測電條消耗掉的能量也是不容小覷的，而且測試時間越長，能量就消耗越多。雖然測電條的設計在使用上非常簡便，但如果可以的話，建議還是買一台三用電錶或電池電壓測量器比較實用。

即使有檢查電池功能的效果，但還是無法從中得知明確而絕對的數據

即使只變色到紅色區域，並不代表不能使用，還是可以用在許多小型電器上的

生活科學－熱學－暖手寶

原文發表於Yahoo奇摩部落格2012年01月06日。

擔任證券營業員的太太在工作上的客戶送給她兩個自家販售的小產品，正好冬天可以放在口袋保暖用，名稱叫做暖手寶，是一種能量轉換的隨身型小玩意兒。剛好是一個手掌可以掌握的大小，放在口袋中給予末梢神經溫熱感，是近幾年出現的保暖產物。

對於手腳容易感覺寒冷，進而全身都有寒意的人，這小物是個可以參考的選擇

商品設計在受器最多、最敏銳的地方來刺激，不過應該不會出現「暖腳寶」

保暖是個弔詭的名詞，是保持溫暖之意。但是要保持溫暖有兩個方法，其一是防止熱能的散失，只要留住熱能，不與外界進行能量交換就能讓溫度不下降，最近流行的發熱衣就是利用這樣的概念。其二是不斷地產生熱能，只要產熱供大於或等於求，能量供應速率不下降，都能使溫度沒有太大的變化。

開關撥動之後，內部有個LED指示燈會發光，告知使用者現在是通路的狀態

提醒使用者現在正在進行能量轉換，不使用時要關掉，以免徒然耗費能量

內部的設計是使用兩顆3號電池，不但讓電能成為指示燈的光能

還要讓大部分的電能轉換成熱能才行

能量轉換就好像是貨幣兌換一樣，不同形式的能量可以互相轉換，轉換過程當中還要付出一些「手續費」，所以可供使用的能量會越來越少。像是電池產生的電能來自於內部化學物質的化學反應，也就是化學能轉換成電能的過程。而電能被人類使用來轉換成其他的機械能（又稱為力學能，如動能或位能等等）、光能或熱能。在這個商品中，電能要轉換出來的是熱能，產生電流的熱效應。

為了讓使用者感受到溫暖，採用金屬的原因是導體的自由電子較多，所以易導熱

固體主要傳遞熱能的方式是傳導，金屬的效果比大多數非金屬好

在電路板上，有開關（SW）、電阻（R）、發光二極體（LED）和各個接點（A）

如果電路板看多了，對這些代號都會很熟悉的

電流的熱效應來自於電子流在通過材料時，電子與材料粒子產生摩擦碰撞時的熱能。大致上來說，當電子流動時的阻礙越多，電能轉換成熱能的程度就會越大，也就是高電阻的材料會產生比較多的熱能，但前提是電子要能順利通過才行，不能拿沒有自由電子的絕緣體來跟導體相比。而不同的導體所具有的自由電子數量也不相同，金屬銀的導電性在所有金屬中是第一名，銅則是第二名。

與手接觸的金屬板另一側則有高電阻的S形金屬迴路，這裡是產熱的主要場所

電子流通過這個地方的時候轉換出大量的熱能，經由旁邊金屬的傳導再傳給人體

但導電與導熱雖然有相關性，都可以靠自由電子來幫忙，不過導電性第一名的銀在導熱性上卻輸給一種不會導電的物質，猜猜看它是誰？提示：一種很硬的東西，可以用來切割其他物質，好的切工很重要，上聯是「XX恆久遠」，下聯是「一顆永流傳」（曾經在學生書包上看到另一種下聯：一顆給你塞X眼）。

生活科學－熱學－封口機

原文發表於Yahoo奇摩部落格2011年12月24日。

零食吃到一半暫時不吃了怎麼辦？如果置之不理，酥脆的餅乾經過一段時間的氧化受潮之後，就會失去原有的風味和口感。這時為了和空氣暫時隔絕，人們想了很多方式來處理，像是倒進保鮮罐內、用長尾夾或封口夾夾起來等方式都是短暫有效的，另外還可以直接將包裝袋黏合起來，形成一個封閉的空間，賞味期限將會更長。

其實，大部分的袋裝食品採用的封裝方式就是封口機，將包裝袋口加熱後壓合，冷卻後就能形成緊實的密閉空間。加熱的地方越寬廣，產生塑形熔合的地方就越多，因此像洋芋片包裝袋上的封裝是屬於帶狀的，幅度比較寬，所以想直接拆封時就會比較費勁，一般是建議使用「剪力」（應力的一種）比較輕鬆。

簡易的掌上型封口機，以電池通以電流，產生熱效應來熔合包裝袋

按下去通電加熱，三秒後再開始移動，使用尚稱簡便

這種利用加熱的方式來改變物質性質的應用有很多，美工用的保麗龍切割器即為一例。保麗龍是屬於熱塑性聚合物，所以遇熱會熔化，切割器上的金屬細條的電阻比較大，所以當電流流經金屬細條時，電流的熱效應就會在此呈現，保麗龍遇到正在熱頭上的金屬細條，便像紅海般地分開。當然也可以使用火烤美工刀的替代方式，只不過刀片散熱快，切不到很深入的地方就因為刀片冷卻而難以動彈。

電源為兩顆三號鹼性電池，上蓋附近的圓鈕是開關，蓋子闔上時壓到圓鈕才通電

既然是以電流熱效應為主的電器，那麼強調的就是電流穩定時所帶來的溫度恆定性，才能達到接觸到任何地方都能達到相同效果的地步，不然的話一開始使用時封得好，後來破綻百出，又或者電流不穩定使得有些地方封得緊，有些地方封不住的話，口封（風）不緊往往會被趁虛而入。再者，使用電池的電器最怕一件事，就是不來電，電力不足時就得更換電池，以免影響封口效果。

這是電熱座，中間的金屬片就是加熱的地方，溫度可高達攝氏120度

為了防止金屬片太熱而直接切斷包裝袋，所以在金屬片上加了一層膠帶作為緩衝

使用這類型的移動式封口機時，要考量到塑膠袋包裝的厚度，像是鋁箔和較厚的塑膠袋必須按壓較長的時間才能密封完全。不過對於較薄的袋子就不能在原地按壓過久，以免袋子封口處過熱而熔化變形，甚至是直接切斷袋口，這就是滅口而不是封口了。