静電気はどのように機能しますか?

リッチヴィンテージ/ゲッティイメージズ。

ドアノブに触れてショックを受けたり、特に寒くて乾燥した日に髪がうねったりしたことはありませんか?これらの経験があれば、静電気に遭遇したことになります。静電気とは、1 か所に電荷 (正または負) が蓄積することです。静止電気ともいう。

重要ポイント: 静電気

• 一箇所に電荷が溜まると静電気が発生します。
• 通常、オブジェクトの全体的な電荷はゼロであるため、電荷を蓄積するには、あるオブジェクトから別のオブジェクトへの電子の移動が必要です。
• 電子を移動させて電荷を蓄積するには、摩擦 (摩擦電気効果)、伝導、および誘導といういくつかの方法があります。

静電気の原因

電荷 — 正または負のいずれかとして定義されます。これは、2 つの電荷を引き付けたり反発させたりする物質の特性です。 2 つの電荷が同じ種類 (両方がプラスまたは両方がマイナス) の場合、それらは互いに反発します。それらが異なる場合 (1 つの正と 1 つの負)、それらは引き付けられます。

一箇所に電荷が溜まると静電気が発生します。通常、物体は正にも負にも帯電しておらず、全体の電荷はゼロです。電荷を蓄積するには、ある物体から別の物体への電子の移動が必要です。

表面から負に帯電した電子を除去すると、その表面は正に帯電し、表面に電子を追加すると、その表面は負に帯電します。したがって、電子が物体 A から物体 B に移動すると、物体 A は正に帯電し、物体 B は負に帯電します。

摩擦による帯電（摩擦電気効果）

摩擦電気効果 物体同士をこすり合わせると、摩擦によって物体から別の物体へ電荷 (電子) が移動することを指します。たとえば、冬に靴下を履いてカーペットの上を足を引きずると、摩擦電気効果が発生することがあります。

摩擦電気効果は、両方の物体が電気的に接触している場合に発生する傾向があります。 絶縁 、電子が自由に流れることができないことを意味します。 2つの物体をこすり合わせてから離すと、一方の物体の表面はプラスに帯電し、もう一方の物体の表面はマイナスに帯電します。分離後の 2 つのオブジェクトの電荷は、 摩擦電気シリーズ には、正または負に帯電しやすい順に材料がリストされています。

電子は自由に移動できないため、2 つの表面は、導電性物質にさらされない限り、長時間帯電したままになります。帯電した表面に金属などの導電性材料を接触させると、電子が自由に移動できるようになり、表面の電荷が除去されます。

静電気でパサパサになった髪に水を加えると静電気がなくなるのはこのためです。水道水や雨水のようにイオンが溶け込んだ水は導電性があり、髪に蓄積された電荷を取り除きます。

伝導と誘導による充電

伝導とは、物体が互いに接触したときに電子が移動することを指します。たとえば、正に帯電した表面は、中性に帯電した物体に触れると電子を獲得できます。これにより、2 番目の物体は正に帯電し、最初の物体は以前よりも正に帯電しなくなります。

誘導は、電子の移動を伴わず、直接の接触も伴いません。むしろ、「同種の電荷は反発し、反対の電荷は引き寄せる」という原理を利用しています。誘導は、電荷が自由に移動できるようにするため、2 つの導電体で発生します。

これは誘導による充電の例です。 2 つの金属の物体 A と B が互いに接触していると想像してください。負に帯電した物体を物体 A の左側に配置すると、物体 A の左側にある電子が反発し、物体 B に移動します。その後、2 つの物体は分離され、電荷は物体全体に再分配されます。オブジェクト A は正に帯電し、オブジェクト B は全体的に負に帯電したままになります。

ソース

• ビーバー、ジョン B.、ドン パワーズ。 電気と磁気：静電気、電流、磁石 .マーク トウェイン メディア、2010 年。
• クリストプロス、クリストス。 電磁適合性の原理と技術 . CRC プレス、2007 年。
• ヴァシレスク、ガブリエル。 電子ノイズと干渉信号の原理と応用 .スプリンガー、2005年。