摩擦電気効果とシリーズ：定義、原因（材料図付き）

ほとんどの子供たちはについて学びます 摩擦電気効果 彼らがその用語に慣れるかなり前に。 風船を髪にこすりつけて、その効果を目撃したことがあるなら 静電気 –髪を風船の方に引っ張って、風船を頭にくっつけるのに十分な強さになる可能性があります–次に、摩擦電気効果の基本を理解します。

これは基本的に「接触電化」の一形態であり、電子の形で電荷が移動します。 あるオブジェクトから別のオブジェクトへと、あるオブジェクトに負電荷が蓄積し、 その他。 ゴム風船と人間の髪の毛は、このかなり一般的な現象を示すオブジェクトの2つの例にすぎません。

摩擦電気効果、それがどのように機能するか、何がそれを引き起こすか、そしてあなたがそこから何を見つけることができるかについての詳細を学ぶ 摩擦電気シリーズは、電気の伝達を伴う状況で何が起こるかを理解し、予測するのに役立ちます 充電。

摩擦電気効果は、ギリシャのタレスが紀元前600年以上になって以来、人間に知られています。 哲学者は、琥珀をこすり、綿毛、紙、その他の小さくて軽いものを引き付けることができることを発見しました オブジェクト。 摩擦電気効果という用語は、効果の発見のこの歴史のために、ギリシャ語で「こすり」と「琥珀色」を意味します。 もちろん、今日の科学者は、摩擦電気効果の原因と一般的な電荷の性質をはるかによく理解しています。

摩擦電気効果は、物体が接触するプロセスであるため、接触帯電と呼ばれます。特に、それぞれをこすります。 その他、人間の髪の毛やカーペットを横切る足に対するゴム製の風船のように、表面電荷の蓄積につながり、 効果。

電荷（電子の形で、原子の負の電荷を運ぶ成分）は、摩擦プロセス中に1つのオブジェクトから別のオブジェクトに転送されます。 発生する電荷移動は、一方のオブジェクトが電子を獲得して正味の負電荷を獲得し、もう一方のオブジェクトが電子を失って正味の正電荷を獲得することを意味します。

この電子の蓄積により、両方のオブジェクトに正味の電荷が残り、この時点以降、それらは2つの電荷のように動作します。 オブジェクト：同じような電荷は互いに反発し、異なる電荷（効果を作成するために使用される2つのような）は1つを引き付けます 別の。 これが発生する程度は、材料自体と、最終的には摩擦が発生した後の各オブジェクトの合計料金によって異なります。

最終的に、摩擦電気の現象は摩擦によって引き起こされます。1つの材料がこすられたとき もう1つは、電子が1つのオブジェクトから効果的に「剥ぎ取られ」、もう1つのオブジェクトが大量の電気で終わることです。 充電。

しかし、その現象とその原因を真に理解するには、原子の構造を考える必要があります。 小さくて密集した原子核には、正に帯電した陽子と電荷のない中性子が含まれています。 その周りの負に帯電した電子の「雲」。通常、 核。 摩擦は電荷移動につながり、1つの材料から負に帯電した電子の一部を取ります。

ある材料が別の材料から電子を奪う程度は、それと呼ばれます。 電子親和力 または 電荷親和性. 一方の材料の原子がもう一方の材料よりも高い電子親和力を持っている場合、 取る 他の材料からの電子（およびそれによって負の電荷を蓄積する）（次に電子が不足し、正味の正の電荷が発生します）。 ゴム製の風船と人間の髪の毛、足とカーペット、琥珀と布に加えて、この現象のもう1つの典型的な例は、テフロンとウサギの毛皮です。

要するに、摩擦電気材料の表示量は、特定の電子または電荷の親和性の結果として、材料ごとに異なります。 これが、科学者が摩擦電気シリーズと呼ばれる、電子を獲得または喪失する傾向によってランク付けされた材料のリストを作成した理由です。

摩擦電気シリーズは、互いに接触したときに正味の正電荷または正味の負電荷を獲得する傾向によってランク付けされたオブジェクトのリストです。

摩擦電気シリーズの上位にある材料は、接触すると電子をあきらめる可能性が高くなります（そして発生します） 正味の正電荷）、および底部に向かう材料は電子を獲得する可能性が高くなります（したがって負になります 充電）。

理想的な条件では、すべてが乾燥している場合、摩擦電気シリーズの上位に配置されたオブジェクトは、 あきらめる リストのさらに下のアイテムへの電子、そしてそれらは正に帯電するようになります。 摩擦電気シリーズの2つの異なる材料間の距離が大きいほど、それらをこすり合わせたときの摩擦電気効果が大きくなります。

摩擦電気シリーズチャートの素晴らしい例を見つけることができます ここに、AlphaLab、inc。でBillLeeが実施したテストに基づいています。 この表は、材料がどのようにテストされたか、および測定の制限についての詳細を示しています。

表の値はnC / Jで表されます。これは、ジュールあたりのナノクーロンを表します。クーロンは標準の電荷単位であり、ジュールは摩擦に関連するエネルギーの単位です。 正または負の符号は、それぞれ正または負の電荷を拾う可能性を表します。

したがって、たとえば、ラテックスゴムは、ラビングプロセスに投資されたエネルギー1ジュールあたり105 nCの電荷を吸収し、マイナス記号は、正味の負電荷を吸収することを示します。 一方、乾燥肌の値は+30 nC / Jであり、電子が失われるため、ラビングプロセスに入るエネルギー1ジュールあたり30nCの正電荷が発生します。

最後に、リストにあるさまざまな材料（たとえば、シリコーンゴムやPVC）のほとんどは絶縁体であるため、通常の状況では電流を流すことができません。 これは、摩擦電気が通常の電気とはまったく異なる働きをすることを思い出させる重要なことです。一般に、絶縁体は より良い このタイプの静電荷を保持する導体よりも。

ヴァンデグラフ起電機は、摩擦電気効果を利用する有名な機器です。 を使用して電位差として測定できる電荷の蓄積または蓄積を生成する 電圧計。

ほとんどのヴァンデグラフ起電機では、ゴムベルトが下部の金属製の「くし」にこすりつけられます。これにより、ベルトから電子が引き出され、正味の正電荷が残ります。 次に、これを上部の対応するコームで拾い上げ、発電機の上部にある金属製のドームに電荷を拡散します。

もちろん、電子は可動電荷キャリアであるため、ベルトは下部で電子を失い、次にピックアップします 上部のくしとドームからの電子は、電子の不足を残しているため、正味の正の 充電。

このプロセスによって生じる大きな電位差は100,000ボルトを超える可能性があり、よく使用されます ジェネレーターと接触している誰かが髪を立てている古典的な教室のディスプレイで 終わり。 これは、髪の毛がすべて一致する（正の）電荷を獲得し、したがって互いに反発し始めるためです。