吸塵機

現今每個家庭總會備有一台吸塵機，協助清潔家居，儼然成為必需品，近年更出現智能吸塵機械人，懂得繞路避開障礙物。不過大家又是否如道，原來這件家庭電器在百多年前已經面世，而當中的科學原理仍然應用至今？更有趣的是發明第一部吸塵機的人，懷著STEM的求知求真精神、用自己的口吸塵？！ ▲今時今日，吸塵機是常見的家居電器，但它在百多年前發明的一刻，與近年STEM教育有關。 觀摩產品展示獲得靈感 回家用口吸塵 1901年在倫敦的聖潘克拉斯車站，進行一種新產品「列車車廂清潔機」的操作表演，它能夠吹起灰塵，但結果鼓起的滾滾灰塵，把乘客和圍觀者嚇跑了，令清潔機產品失敗。 就在吹塵器這種產品發明失敗的時候，有一位旁觀者，名叫休伯特．布思（Hubert Cecil Booth），他從表演中得到啟發，他連忙跑回家裡，趴在地板上，用手帕蒙住嘴巴，就向著地面使勁地吸著。 這時候，他的家人還以為他精神失常，正要把他拉起來送去醫院時，他卻喜出望外地宣布：「大功告成！」 ▲旁人以為是失常的舉動，卻催生了吸塵機這種發明。 原來布思發現了一個最關鍵的問題，就是比空氣輕的灰塵，只能用「吸」的而不能用「吹」的方式。與此同時，要達致吸塵效果就要使用一塊濾布，阻隔已經吸進機器內部的灰塵，又能使空氣通過，繼續操作來吸更多灰塵。 觀察能力成就新發明的關鍵 然而，布思發明的第一台吸塵機，這個新發明的體積很大，而且在運作時又會產生很大的噪音，所以又被稱為「吵死人的怪物」。布思在1905年，又發明了一種用電動泵產生吸力的真空吸塵機，並且開始製造及投入市場，世界上的第一台吸塵器就此誕生。 由吸塵機誕生的故事中，可見發明家運用了觀察能力，懂得從人家失敗的經驗學習，當中又利用了逆向思維由吹塵換成吸塵的角度思考，再不斷實驗測試改良從失敗中學習，他的研發精神，正正是今時今日學生透過STEM教育中所學習的技能。 吸塵機結構簡單 扇葉轉動方向決定吸塵或吹塵 吸塵機的基本結構是由電動馬達、扇葉、收集瓶、過濾網四個主要部分所組成。馬達與扇葉接駁，再連接電源形成閉合電路，驅使扇葉轉動。 ▲不論外觀設計如何，吸塵機離不開電動馬達、扇葉、收集瓶、過濾網四個基本結構。 ▲由於結構不算複雜，所以容易在STEM課堂裡製作。 扇葉轉動的方向不同會造出「吹風」和「抽風」的兩個不同的效果，好像一台風扇向前吹就是吹風，而倒轉風扇用就變成能抽氣扇。 怎樣控制扇葉的轉動方向？因為改變進入馬達的電子流動方向，扇葉的轉動方向隨即改變，所以把連接馬達上的正負極電線位置改變，或電池箱的電池正負極方向改變便可。 百年前的吸塵原理始終如一 現代的吸塵機的五花八門，甚至有吸塵機械人，然而吸塵的原理和百年前的大致相同，一樣是透過氣流由高氣壓區域流動到低氣壓區域，從而產生的空氣流動原理，形成吸塵效果。 吸塵機內的風扇將機內的空氣抽出，使機內的氣壓下降。由於瓶口外的壓力較大，外部空氣受壓吸入機內，灰塵和垃圾便隨空氣進入吸塵機。 三個影響吸塵機吸力的重要因素 吸塵機有多強吸力，取決於三個因素︰馬達功率、扇葉面積和收集瓶。 增加馬達的馬力和轉速能夠令抽入空氣的速度增加，加大扇葉的面積亦能增強吸塵機抽入空氣的力度。 收集瓶的空間大小亦是影響吸力的因素，空間大雖然能夠收集更多的灰塵，但就需要利用馬力較大的馬達才能配合運作。 ▲馬達功率、扇葉面積和收集瓶之間能互相影響，決定吸塵機吸力。 現代的吸塵機種類 時至今日，常見的吸塵機是按操作原理及構造來分類，分別是「直立式」、「吸力式」及「手提式」三種。 直立式吸塵機： 直立式吸塵機利用吸力及吸咀內一具由馬達推動的旋轉震動刷進行清潔。吸塵刷的旋轉震動力能把地氈的絨毛撥開，令深藏在內的塵屑污垢鬆脫出來，把它吸起，是清理地氈的上好選擇。配備其他工具，還可作其他清潔用途。 ▲▼直立式設計便於收藏，比較慳地方。 吸力式吸塵機： 吸力式吸塵機馬達馬力較直立式大，單純靠強勁的吸力吸塵，有多種款式，如罐筒型、圓柱型、手攜型、壺型等，都附有一管長喉接駁一系列特別配件，以應付不同工作環境的需要。對於清理地板、傢具、簾帷輕軟細薄的織物墊套，效果較佳。 ▲▼吸力式算是最常見的類型，售價亦普遍較便宜。 手提式吸塵機： 手提式吸塵機的設計就是能夠無線使用，仍能方便使用者可以帶到其他地方使用，例如汽車。一般手提式吸塵機內附充電池，完成充電後便可使用，所以收集器的容易較小，整體重量亦較輕，多以塑膠製造為主。 ▲手提式吸塵機內置充電池，因此能夠無線使用，適合細小房間以及車廂環境。 生活中常見到的吸塵機，原來已蘊藏了很多STEM元素，只要多觀察、多分析及分思考就能學習當中的STEM原理，可見STEM早已與生活共存。 內容提供︰STEM Sir 刊載於 GRWTH app