无尘黑板、黑板擦系统设计

周波 刘利利

【摘要】为了减少使用普通黑板及黑板擦带来的粉尘危害，从摩擦起电的角度出发设计一种无尘黑板+黑板擦系統设计。利用大学物理中的静电感应理论：两种不同的物体相互摩擦后，一种物体带正电，另一种物体带负电的现象。利用此原理，通过改变黑板的材质和黑板擦的材质，达到在黑板擦擦拭过程中与黑板本身形成大量的摩擦静电，在生成的静电作用下，将粉尘一直吸附在未擦拭的板面上，直至最终在黑板底部的风尘收集盒中收集，整个过程实现了无粉笔灰尘飞扬的效果。

【关键词】摩擦起电  无尘黑板  静电感应

一直以来，学校教室的各种设备都在除旧布新，这些教学用具对人类知识的传播而言可谓劳苦功高。先进的教学用具能够显著提高教学的效率，更好传承前辈留下来的智慧结晶。所以，历代教育工作者推陈出新，致力于完善现有的工具。然而，哪些工具是真正适合且有用的，还需推敲。“黑板+粉笔”作为最为普及的教学工具，至今仍广泛应用于一线教学当中。在“全面改薄”项目实施过程中，“按国家标准配置满足教学需求的黑板”明确为20条底线之一，凸显了黑板在教学中的重要地位。

黑板虽然是教室里的必备的用具之一，但它产生的粉尘一直是危害教师职业健康的一大隐患。全国各省市的调研资料显示：粉尘引起的尘肺以及各种急慢性呼吸道疾病是目前职业病中危害最严重最广泛的一种。到目前为止，市面上的无尘黑板主要有以下几类：自动无尘黑板清洁装置、手转式自动擦无尘黑板、电动多功能无尘擦黑板机;此外还有几何体微粒显字无尘黑板、无灰磁性黑板、吸磁性树脂复合板材无尘黑板等。然而，这几类无尘黑板都有共同的特点：结构复杂、价格高、耐久性差，致使其大范围推广的阻力较大。如何在传统黑板的基础上，进行改进，尽量减弱无尘黑板的复杂度，更高程度的减低其价格，更大限度的增加其寿命，非常有必要从实用、简单的角度出发，研究一类无尘黑板。

一、研究目的及意义

本研究从摩擦起电的角度出发设计一种无尘黑板+黑板擦系统。利用大学物理中的静电感应理论：两种不同的物体相互摩擦后，一种物体带正电，另一种物体带负电的现象。

利用此原理，通过改变黑板的材质和黑板擦的材质，达到在黑板擦擦拭过程中与黑板本身形成大量的摩擦静电，在生成的静电作用下，将粉尘一直吸附在未擦拭的板面上，直至最终在黑板底部的风尘收集盒中收集，整个过程实现了无粉笔灰尘飞扬的效果。基于此原理设计的黑板擦没有任何机械原件，没有任何能耗，结构简单，成本低，耐用性好，推广范围广。

二、实验设计方案

（一）实验装置

该设计的研究内容在此实验模型的基础上进行，筛选多组两种材料的组合，一种制作成黑板板面，一种制作成黑板擦。当黑板板面材料和黑板擦两种材料摩擦后，两种材料表面发生电荷的定向移动，分别带有等量的不同极性的电量，从而吸附住在擦黑板过程中产生的飞扬风尘。通过改变黑板板面材料表面性质，如涂膜，调整表面平整度等方法增强摩擦引起的静电量。

（二）静电测量原理

整个研究过程中黑板板面材料所带静电大小分布通过电容探针法测量，如图1所示。主要使用的仪器为探测电极和静电电压表。测量仪器的布置图如图1（a）图所示，测量装置的等效电路图1（b）。由此可得带电体表面电荷面密度σ为：

σ=■

其中：C1为待测带电体与地之间的电容，C2为探针尖端与样品表面之间的电容，C3为静电电压表的输入电容，A为带电体表面与探针相对应的面积，U3根据静电电压表测量电压。

a.仪器布置图         b.测量原理等效电路图

图1 静电测量实验装置测量原理图

三、结语

无尘黑板+黑板擦系统设计将为广大师生营造一种安全、无尘、健康的课堂教学环境，有力的缓解了广大师生谈“尘”色变的心理压力。在一定程度上，把教师和学生的注意力集中到了课堂教学本身的教与学上，从而提高了教师授课效率和学生课堂接受效率。因而，无尘黑板+黑板擦系统设计的设计，不仅是一种提供健康、无尘的课堂授课环境的方式，更是一种提高教学效率的手段。

参考文献：

[1]李建伟. 摩擦起电现象略解[J]. 职大学刊，1998，（04）.

[2]赵凯华，陈熙谋.电磁学[M] .第二版. 北京： 高等教育出版社，2006.

[3]赵凯华，陈熙谋.电磁学[M] .第二版.北京： 高等教育出版社，2006.

基金项目：2018年度重庆三峡学院大学生创新训练校级项目，2018059，无尘黑板+黑板擦系统设计。

作者简介：周波（1997-），男，汉族，湖南长沙人，重庆三峡学院教师教育学院物理学（师范类）学生;刘利利（1985-），女，汉族，山西繁峙人，副教授，博士，材料位错缺陷，重庆三峡学院教师教育学院教师。