指から火花が飛ぶには、何ボルトの静電気が必要ですか? |科学博物館

この光景は皆さんにとって馴染み深いものでしょうか？

これは多くの科学技術博物館の常設プロジェクトのひとつです。

触れると、人々は即座に「激怒」します。

パンケに大声で言ってください、この展示の原理は何ですか？

静電気

私たちは日常生活で静電気と関わることがよくあります。髪をとかすと、髪がなぜか「浮き上がり」、パチパチという音を伴ってどんどん絡まってしまいます。

ハンドルに触れると、指が触れた瞬間に突然指先に針のような痛みを感じます。

冬は綺麗なスカートを履きたいけど、足に張り付いてしまうんですよね～

静電気はどこにでもありますが、静電気とは一体何なのでしょうか?

静電気はどのように発生するのでしょうか?

誰もが知っているように、原子は世界のあらゆるものの基礎です。電子、中性子、陽子から構成されており、静電気の発生はその中の「電子」に関係しています。

電子は物質を構成する基本粒子です。質量は非常に小さく、一定の電荷を帯びています。自然界には正電荷と負電荷の 2 種類の電荷しかありません。同種の電荷は互いに引き合い、異種の電荷は互いに反発します。

静電気は、物体の表面に電荷が蓄積されるときに発生します。電荷はプラスとマイナスに分けられるため、静電気もプラスとマイナスに分けられます。つまり、物体にプラスの電荷が集まるとプラスの静電気が発生し、物体にマイナスの電荷が集まるとマイナスの静電気が発生します。しかし、プラスの静電気であっても、マイナスの静電気であっても、静電気を帯びた物体がゼロ電位の物体やそれと電位差のある物体と接触すると、電荷の移動が起こり、日常生活で必ず目にする静電気現象が発生します。

導体上で発生した静電気は、すぐに流れるため消えることがあります。しかし、一部の絶縁体上では、比較的静電気のまま残ります。一定のレベルに達すると、通常は音と火花を伴って放電が発生します。記事の冒頭に戻り、静電ボールはどのように機能するのでしょうか?金属球は大量の電荷を帯びていることがわかりました。人が絶縁プラットフォームの上に立って手で触れると、その人の体は同じ電荷を帯びます。同じ電荷の反発により、それぞれの毛も反発し、「乱れた毛」現象が発生します。

静電気の危険性

静電気は小さいものですが、時には非常に強力になることがあります。晩秋から冬、春にかけて、人が毛布の上を歩くと発生する静電気の電圧は 3,000 ボルトを超えることがあります。純粋なポリエステルの衣服を脱ぐと、5万～10万ボルトの高電圧が瞬間的に発生することがあります。人が合成繊維の服を着てソファーに座り、急に立ち上がると、衣服とソファーのクッションとの摩擦や接触により、人体の静電気の電圧が10,000ボルト以上にも高くなることがあります。静電気の電圧が 2000 ボルトに達すると、指でそれを感じます。 3000ボルトを超えると火花が散り、指にチクチクする感覚が起こります。 7000ボルトを超えると、人は感電を感じます。静電気の電圧はかなり高いように見えますが、その電荷は非常に小さいため、放電時の対応する電流も非常に小さく、通常は人体に直接的な害を及ぼすことはありません。

しかし、すべての物事には二面性があります。静電気は人間や動物には無害に思えますが、実はいくつかの事故の原因となります。 1969年、静電気により数隻の石油タンカーが爆発、火災を起こした。 1970 年、燃料内の静電気によりボーイング機 2 機の燃料タンクが爆発しました。手術台の上でも、静電気によって麻酔薬のエーテルが爆発し、重傷者が出たケースがある。日常生活では、静電気による事故が数多く報告されています。

プラスチック製の樽を動かす際に発生した静電気の火花によりガソリン蒸気が爆発し、拡散して災害を引き起こした。

ガソリンスタンドでフィルタープレスのテスト中に静電気により危険物が発火し爆発した。

蓄積された静電気放電により、抽出タンクの周囲にエタノール蒸気と空気の混合物から生成された爆発性ガスが引火し、爆発を引き起こしました。

さらに、専門家は、静電気が人体に及ぼす害は、特に高齢者や患者にとって無視できないものであることを皆に警告しています。静電気により症状が悪化する可能性があります。過度の静電気は、不安感、頭痛、胸の圧迫感、呼吸困難、咳などを引き起こすことがよくあります。

静電気はとても危険なので、静電気の害を防ぐ方法はあるのでしょうか?生活の中では、加湿器を使うことで静電気の悩みを解消することができます。屋内では加湿器を使用して空気の湿度を高めると、静電気を効果的に除去できます。屋外にいる場合は、金属物に触れる前に手で壁に触れて、体に帯電している静電気を地面に移すと、静電気による害を効果的に軽減できます。

工業生産においては、静電気の防止はさらに重要です。静電気を中和するにしても、接地して電流を流すにしても、自然に放電させるにしても、最も重要なことは予防意識を強化し、あらゆる面でセキュリティを確保し、危険の発生を効果的に防止することです。

静電気の役割

静電気は全く役に立たないわけではありません。適切な場所で使用すれば、その価値を発揮することができます。電気集塵装置は静電気の作用を利用してガス中に浮遊する塵埃粒子を吸着し除去します。静電複写・印刷技術は、電荷移動中に保持される静電潜像を利用し、これを特定の方法で顕在化させて複写・印刷を実現します。

静電気を利用して水を浄化することができます。物質の導電性は含まれる自由電荷の量に直接関係しますが、蒸留された純水はほとんど非導電性です。これは、通常の水の導電性は水分子によってではなく、水に溶解した他の物質によって提供され、これらの物質は無機塩であることを意味します。海水は無機塩類を多く含んでいるため、普通の水よりも導電率が高くなります。この特性に基づいて、科学者はイオン交換膜と静電気を利用して水中の電子を含む無機塩を透析し、純水を得る静電透析を発明しました。

さらに、静電結像の原理に基づく静電印刷技術は、電荷を順次配列して静電潜像とし、材料の表面または本体に沈殿させ、その後、人間の目に見える形に現像して転写することができます。この技術は日常生活でも非常に一般的です。

これらのさまざまな技術はすべて、さまざまな側面で生活における静電気の有効な応用を反映しています。研究以来、静電気の探究は徐々に科学、つまり静電気学へと発展してきました。それは人類の文明の進歩を目の当たりにし、人類がより良い生活を送れるようにする役割も果たしています。

あなたの人生の中で、静電気に関する面白い話はありますか？コメント欄にメッセージを残してください！結局のところ、静電気は私たちが目にするよりもずっと複雑なのです。

クリエイティブチーム: 中国科学技術館ニューメディアチーム

レビュー専門家：北京人民大学付属高校物理教師、著名な科学ブロガーの李永楽氏

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