静電気のおはなし
       正体見たり静電気!ほんとはスゴイ!こんなにスゴイ!

静電気・・・
摩擦で
 起きるんだよ!
ドクター
静電気はどうやって
起きるんですか?

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接触帯電

 接触帯電を正確に表現すると、次のようになります。2つの仕事関数の違う物質を接触させると、仕事関数の小さい物質から、仕事関数の大きい物質の方へ電子が移動します。その結果、仕事関数の小さい方はプラスに、大きい方はマイナスに帯電します。この現象を「接触帯電」と呼びます。 仕事関数とは、物質の表面から電子1個を放出させるのに最低限必要な仕事量(エネルギー)のことです。単位は電子ボルトです。通常、金属の仕事関数は、4〜5電子Vです。それは、内部にある電子とプラス電荷との員引力によって決まります。 1電子Vとは、1個の電子を1Vの電圧で加速して得られる仕事量です。たとえば、仕事関数が4電子Vの金属では、電子に4V以上の仕事量を与えなければ、金属表面から飛び出させることはできません。つまり、仕事関数が大きいほど、電子は電気的に金属の表面に強く引き付けられるため、より大きな仕事量(エネルギー)を外部から与えないと電子は表面から解放されないことになります。 この電子の移動は2つの物質間の仕事関数の差がなくなるまで続きます。電子を受け入れた仕事関数の大きい方の物質は電子の量が多くなるため、マイナスの電気的性質を示します。一方、電子を放した仕事関数の小さい物質は、電子が不足するため、電気的中性が壊れて、プラスの電気性質を示します。こうして、一方がプラスに帯電し、他方がマイナスに帯電します。



摩擦による帯電

 摩擦による帯電の主要な要素は接触帯電です。物質を接触させた場合、物質の表面は、ミクロの世界では無数の微小な凹凸があるため、接触するところは凸部に限られ接触面積は小さくなります。また物質の表面は人手が触れることによる汚れや別の物質が触れることによる汚れで、多少なりとも導電性を帯びていることが多いものです。物質の表面が導電性を帯びていると、接触により静電気を発電しても漏電するため、帯電量は限られます。  このように、接触面積が限られたり、漏電が発生するため、1回の接触だけでは大きな帯電量が得られません。 しかし、何回か接触を繰り返すと帯電してきます。これは摩擦によるものです。つまり、摩擦とは、接触を繰り返すことによって、接触面積を増やす行為といえます。摩擦による帯電の帯電量とは(単位面積当たりの接触帯電による帯電量)×(摩擦による接触面積)のことです。 摩擦による帯電の別の要素に摩擦の圧力があります。圧電気(ピエゾ電気)がそれです。同じ物質同士を摩擦しても仕事関係が等しいため、帯電はしないはずです。しかし、実際には帯電します。不導体の物質に電気を加えると誘電分極して変形します。逆に、物質に圧力をかけて変形させると電気が発生します。これが圧電気です。圧電気の大きさは加えた圧力の方向により決まります。このように摩擦により圧電器が生じて帯電するため、摩擦による帯電の接触帯電の別の要素として知っておく必要があります。

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 2015年5月20日
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