静電気：定義、仕組み、事実（例付き）

電荷はあなたの周りにありますが、あなたはあなたの髪が後に逆立っているときのように、まれにしかそれを気づきません 帽子を脱いだり、足をこすった後に手を伸ばして何かに触れたりすると、鋭いザップが発生します。 カーペット。

これらの2つの現象はの例です静電気、あなたが子供の頃におそらく学んだこと。 しかし、静電荷はどのようにあなたの髪を逆立ちさせますか、そしてなぜそれはあなたに静電気ショックを与えることができますか？

これらの普遍的な体験を生み出す原子レベルで実際に何が起こっているのでしょうか？ 静電気についての詳細を学ぶことはあなたに物質のこの魅力的な特性へのはるかに詳細な洞察を与えます。

電荷は物質の基本的な性質です。 それは正電荷と負電荷に分けられます、そしていくつかの粒子は 電気的に中性-中性子など-これらは実際にはさらに基本的なもので構成されています 粒子行う電荷を運ぶ。

静電気について学ぶときに知っておくべき2つの最も重要な荷電粒子は、原子の2つの主要な構成要素である陽子と電子です。

陽子は正に帯電しており、+の電荷がありますe、電子は負に帯電していますが–e、 どこe​ = 1.602 × 10⁻¹⁹ C。 ここでのCはクーロン、これは電荷のSI単位です。 10⁻¹⁹ 荷電粒子が持っていることを教えてくれます非常に少ない1クーロンと比較した電荷値–1メートル離れたわずか1Cの2つの電荷は、サターンVロケットの発射推力よりも大きな力を生成します。

電荷がどのように機能するかについての基本的なルールは、反対の電荷が引き付けられ、同じように電荷が反発するということです。 したがって、ある電子を別の電子に近づけると、それらは互いに押しのけられますが、電子を陽子に近づけると、それに引き付けられます。

最も基本的なレベルでは、静電気は単に動いていない電荷を指します。 しかし、それだけではありません。 静電気の重要な点は、電荷の不均衡があるときに発生することであり、この不均衡は本質的に電位、は、電荷を運ぶ粒子の位置のために、電流が流れる（電荷のバランスを取り戻す）可能性があることを意味します。

アトム、ひいてはほとんどの日常のオブジェクトでは、ポジティブとネガティブのバランスが取れています 電荷（つまり、陽子と電子の間）なので、すべてを考慮した場合、電気的に中性です。 一緒。

したがって、ある原子を別の原子に近づけた場合、それらの間に電気力はありません。 正電荷の内、負電荷によってバランスが取られているため、生成する正味電荷はありません。 力。

これよりも実際には少し複雑ですが（電子は常に移動するため、移動しないため）常に陽子からの正電荷をブロックします）、この中立的な状況は、静電荷が蓄積したときに起こることと明確な対照を生み出します。

本質的に、オブジェクト（バルーンをこすった後の髪の毛など）が電荷の過剰または不足を獲得したとき（それ以上 または通常の状態よりも少ない電子）、それはもはや中性ではなく、あなたが静的と呼ぶものを生成することができます 電気。 対照的に、普通の電気は継続的な動き電荷（電流中の電子の形で）、静電気は動きを伴わないまで電荷は互いにバランスを取り直します–そしておそらくその過程であなたに鋭いザップを与えます！

静電気は基本的に正電荷と負電荷の不均衡に依存しますが、実際にこの不均衡を生み出すのは電子だけです。

原子では、陽子は（中性子とともに）原子核にしっかりと結合しており、これらは両方とも の外側の周りの「雲」にとどまる負に帯電した電子よりもかなり重い 核。

これらの軽い粒子は外側にあるため、あるオブジェクトが別のオブジェクトと接触すると、 それらの間を移動し、それらをこすり合わせることができる電子は、電荷の速度を増加させます 築き上げる。 したがって、オブジェクトが余分な電子を拾うと負に帯電し、電子を失うと正に帯電します。

絶縁材料は静電荷を十分に保持しますが、優れた導体は特定の状況でのみ静電荷を維持します。 余分な電子が与えられた導体は、電子が材料全体を自由に流れることができるため、静電荷を保持しません（これは優れた導体の定義です）。

そのため、蓄積された電荷は急速に放散して顕著な静電気を発生させることができず、他の環境から完全に絶縁されていない限り、他の物体に移動する可能性があります。 電流は絶縁体に流れることができないため、静電気の蓄積により、顕著な電荷の不均衡がすぐに発生し、それによって静電気が発生します。

電荷のように反発し、反対の電荷が引き付けられるため、何かに静電荷があると、反対に帯電したアイテムに付着し、場合によっては逆に帯電することもあります。分極化それ以外は中性のオブジェクト内の原子とそれに付着します-あなたが頭にそれをこすった後、風船が壁に付着する方法。

電荷の蓄積が十分に大きく、2つの表面またはオブジェクト間で比較的高い電圧が達成されると、電荷が1つのオブジェクトから別のオブジェクトにジャンプする可能性があります。 これが、足を床にこすりつけてからドアノブに触れると、静的ショックからザップを得ることができる理由です。

静電気がその動作において果たす役割について必ずしも考えていなくても、日常生活で遭遇する静電気の例はたくさんあります。

特に一般的な例の1つは、特に乾燥機を使用した後の衣服への静電気の付着です。これにより、 静電気が発生し、衣服が互いに擦れ合い、余分な電子を拾う可能性があります。 仕方。 このように充電された衣服からの静電気ショックは非常に小さい傾向がありますが、それを手に入れると間違いなくそれに気づきます！

コピー機は、静電気を有効に活用する方法の良い例です。 ドキュメントをスキャンする明るい光は、光伝導体上に画像の電気的な「影」を作成します（つまり、 感光性）ベルト、およびベルトが回転すると、静電気のために負に帯電したトナー粒子を拾います 充電。

この下に、別のベルトが1枚の紙を運び、その過程で強い正の静電荷を与えます。 トナーからの負電荷が紙の正電荷と出会うと、トナーが刻印されます 光伝導体によって拾われた影と同じパターンで、それ自体を一枚の紙の上に置きます ベルト。

もう1つの例として、学校の物理学のクラスに戻る必要があります。ヴァンデグラフジェネレーターと、球に触れている人が髪の毛を逆立てる古典的なデモンストレーションです。 発電機は、静電気の動きに基づいて動作し、移動ベルトがデバイスの長さを走り、2つの金属製の「くし」が静電気を制御します。

下部にある正に帯電したコーム（電気の供給に接続されている）は、ベルトから電子を引き出し、ベルトを残します 正味の正電荷があり、この電荷は上部のコームによって拾われ、上部の大きなドームに広がります。 上。 充電プロセス中にドームに触れると、髪の毛の個々のストランドが一致する電荷を拾い、互いに反発し、それを逆立ちさせます！

稲妻は静電気の力の非常に劇的なデモンストレーションであり、ベンジャミン・フランクリンはこれを 雷雨の際に濡れた凧のひもに鍵を結ぶことによる、これまでで最も有名な科学的デモンストレーションの1つ。

凧が実際に稲妻に打たれたというのは神話ですが（これはおそらくフランクリンを殺したでしょう）、 嵐はひもによって拾われました。それは、古典的なヴァンデグラフ起電機のデモンストレーションのように、より糸のストランドを上に立たせました。 終わり。 最後に、フランクリンは鍵に触れ、静電気の衝撃を感じました。これは、電気と雷の関係を明確に示しています。

もちろん、科学者たちはベンジャミン・フランクリンの時代以来、プロセスについてより多くの詳細を記入してきました。 衣類が乾燥機でこすれたり、風船が髪をこすったりするのと同じように、静電荷 雷を発生させるのは摩擦と、冷たい空気中の氷の結晶が暖かい空気からの水滴と出会うことです。 質量。

電荷はクラウド内のさまざまな場所に蓄積され、十分に高い差がある場合 これらの場所の間の電位（つまり、十分に高い電圧）は、次の形で放出されます。 稲妻。 これは通常発生します以内に雲または2つの雲の間ですが、ボルトが地面にぶつかることがあります。

摩擦や摩擦によって引き起こされる静電荷の蓄積は、技術的には 摩擦電気効果、そしてこの記事に基づいて、あなたはすでにこれを引き起こす原因の詳細を知っていますそして 使い方。 互いに接触するオブジェクトは、それらの1つが余分な電子を拾うことにつながります（すべて 負の電荷を運ぶ）および他の電子の不足を開発し、したがって正のネット 充電。

ただし、さまざまな材料が負の電荷を拾ったり、電子を失ったり、正の電荷を獲得したりする程度は、材料の特性によって異なります。 絶縁体は一般に静電荷を拾うのに優れていますが、異なる絶縁体は異なる速度でそれを拾います。

たとえば、ほとんどの種類のゴム、特にテフロンは非常に簡単に電子を拾うため、静電気に依存するデモンストレーションや技術に最適です。 材料は、基本的に電子親和力、または他のオブジェクトからそれらを拾う傾向を意味する「電気陰性度」に基づいて異なります。

摩擦電気シリーズは、正または負の静電荷を拾う能力に基づいて、さまざまな材料を整理します。 摩擦電気シリーズの上位に配置されたアイテムは、正電荷を帯びる傾向があります。 一方、下部にあるものは、電子を獲得し、負の電荷を拾う可能性が高くなります。 結果。 摩擦電気シリーズの2つのアイテム間の分離が大きいほど、それらをこすり合わせると、両方に静電荷が発生します。

静電気のデモンストレーションのほとんどは楽しい展示やちょっとした好奇心ですが 日常生活で遭遇する場合、不要な静電気が深刻になる可能性があることを覚えておくことが重要です 結果。

たとえば、静電気による単一の火花が可燃性の液体またはガスに点火し、爆発を引き起こす可能性があります。 チャイルドシートを横切って滑ることによる静的な蓄積は、それが発生したときに問題を引き起こす可能性さえあります ガスを補充することになりますので、充填する前に常に車の金属部分に触れる必要があります アップ。

もちろん、最も当時の静電気は本当に興味深い現象ですが、静電気がどのように機能するかを理解することで、状況によっては大惨事を回避することができます。