静電気のおはなし
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静電気は
氷でも
 起きるんだよ!
ドクター
静電気はって氷でも
起きるんですか?

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同じ氷の棒なのに、こすると帯電する

 摩擦帯電の別の要素として、摩擦により発生する熱による帯電があります。非対称摩擦が起こすイオン移動による帯電がその例です。2つの棒状の物質を交差させ、片方を固定して置き、他方のみを動かします。他方のみを動かして固定した方の1点のみを摩擦することを非対称摩擦といいます。  動かした方は全体(広い面積)が摩擦され、固定していた方は交差していた部分(狭い面積)だけが温度上昇し、物質のイオンが移動しやすくなり、移動します。摩擦面積が広い方(動かした方)は温度の上がり方が少なく、物質のイオンは移動しにくい状態のままです。移動した物質のプラスイオンを受けた方がプラスに帯電し、渡した方がマイナスに帯電します。または移動した物質のマイナスイオンを受けた方がマイナスに帯電し、渡した方がプラスに帯電します。



固定した氷は温度が上昇する

 非対称摩擦の例として、温度が上昇すると溶けやすい氷の棒の摩擦帯電があります。2本の氷の棒を交差させて、片方を固定し、他方のみを動かします。このとき、固定した氷の棒の1点のみを摩擦するようにします。固定した方の1点(摩擦面積の小さい方)はマイナスに帯電し、動かした方(摩擦面積の大きい方)はプラスに帯電します。どうでしょうか。この現象をさらに深く考えて見ましょう。  2本の氷の棒をこすって非対称摩擦をすると、両者は互いに同じ仕事量を与えあいます。このとき、摩擦面積の大きい方(動かした方)は広い面積に仕事量が分散されるため、摩擦による温度上昇は少なくなります。他方、摩擦面積の小さい方(固定した方)は、狭い面積に仕事量が集中するため、摩擦による温度上昇が大きくなります。摩擦面で温度が高くなった水の分子は、溶解して水素イオン(H+)と水酸基イオン(OH-)になります。  水素イオン(H+)は、水酸基(OH-)に比べてイオンの移動度が高いため、高温側の氷の棒から、低温側の氷の棒へと移動します。その結果、水素イオン(H+)を受けた低温側の氷の棒はプラスに、水素イオン(H+)を渡した高温側の氷の棒はマイナスに帯電します。これが同一物質である氷の棒を非対称摩擦したときの摩擦帯電です。


ポリエチレンの棒同士の摩擦帯電

 非対称摩擦の別の例としてポリエチレン同士の摩擦帯電があります。2本のポリエチレンの棒を交差させて、片方を固定し、他方のみを動かします。このとき、固定したポリエチレンの棒の1点のみ摩擦します。摩擦面積の小さい方はプラスに帯電し、大きい方はマイナスに帯電します。この現象も氷の棒の場合と同様に考えることができます。2本のポリエチレンの棒をこすって非対称摩擦をすると、両者は互いに同じ仕事量を与え合います。このとき、摩擦面積の大きい方(動かした方)は広い面積に仕事量が分配されるため、摩擦による温度上昇は少なくなりますが、摩擦面積の小さい方(固定した方)は摩擦による温度上昇が大きくなります。その結果、低温側のポリエチレンの棒はマイナスに、高温側のポリエチレンの棒はプラスに帯電します。

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 サイト更新日

 2015年7月20日
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