静電気を除去するために、玄関の壁を黒く塗りました。

冬の夜、仕事が終わって早く家に帰りたい労働者は、玄関の静電気でいつも「驚かされる」。ドアノブに触れるたびに、小さな冒険をしているような気分になりました。指先に少し痛みを感じたので、手を引っ込めました。ドアをスムーズに開けるために、人々は壁に触れたり、ポケットに電池を入れたり、さまざまな「静電気除去器具」を使ったりと、さまざまな「戦術」を考案してきました。この静かな「戦い」を解決するためだけに。静電気は冬のいたずらっ子のように、人々の生活にちょっとしたトラブルをもたらします。

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静電気はどのように発生するのでしょうか?

静電気が発生する原因は様々ですが、私たちが日常生活で感じる静電気現象は主に「摩擦帯電」によるものです。

物質は原子で構成されており、原子は原子核と電子で構成されています。正に帯電した原子核と負に帯電した電子の間には引力があり、電子は通常原子核の周りに結合しています。原子内の正電荷と負電荷の数は一般的に等しいため、物体は電荷を持ちません。

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しかし、異なるタイプの原子は電子を結合する能力が異なります。 2 つの異なる物体を互いに擦り合わせると、電子が弱く結合した原子から強く結合した原子に移動し、物体の表面に帯電領域が形成されます。たとえば、プラスチックの櫛で髪をとかすと、電子が移動し、物体の表面の電荷に不均衡が生じ、帯電しているように見えます。静電気はこのようにして発生します。

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では、なぜ静電気は私たちの日常生活で常に感電というトラブルを引き起こすのでしょうか?

実はこれが静電気の放電プロセスなのです。静電気を帯びた手が金属製のドアハンドルに近づくと、金属内の多くの電子が指先の電荷に引き寄せられて手に近づき、指とドアハンドルの間に電界が発生します。先端放電効果により、指先に電荷が蓄積され、指先がドアハンドルに近いほど電界が強くなります。最終的に、電界は空気を突き破るほど強くなり、強力な瞬間電流が形成されます。放電の過程ではノイズと火花が発生し、電流が指の神経終末に作用して痛みを感じます。

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静電気の発生は湿度と大きく関係しています。夏は湿度が比較的高く、空気中の水分子が衣服に接触することで電荷の一部をより速く移動させ、静電気の蓄積を軽減します。冬は湿度が比較的乾燥しており、静電気の伝導を助長しないため、私たちは簡単に「帯電」します。

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静電気は危険ですか？

人体との接触により発生する静電気の放電時間は非常に短いため、人体に無害です。

しかし、他の場所でも静電気の害を過小評価することはできません。例えば、精密電子機器は静電気を特に恐れており、数千ボルトの静電気によって部品が故障する可能性があります。

さらに、ガソリンとパイプ壁の摩擦により静電気が発生するため、石油パイプラインや石油タンカーでも静電気を除去する必要があります。適切なタイミングで除去しないと、偶発的な放電によって発生した火花が爆発を引き起こします。したがって、タンクローリーの後部には小さな尾部（静電気防止ベルト）が付いており、地面まで垂れ下がっています。その目的は静電気を地面に伝導することです。

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生活の中で静電気を除去する方法にはどのようなものがありますか?

静電気を除去する方法は、2つのカテゴリにまとめることができます。 1つは、空気の湿度を高めたり、静電気が発生しにくい衣服を選んだりして、静電気の発生源を減らすことです。もう1つは、壁や鍵などの物体に触れるなど、間接的に静電気を放出することです。

（１）湿度を上げる

湿度を高めることで、体に蓄積された電荷を効果的に移動させ、静電気を大幅に軽減します。市販されている一般的な静電スプレーも同様の原理を採用しています。成分には陽イオン界面活性剤が含まれており、電荷を中和する役割も果たします。

手を水や濡れタオルで濡らしたり、ウェットティッシュで衣服の表面を拭いて静電気を除去します。

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特に猫や犬が好きな人は、冬に猫を撫でるといつも「電気ショック」を感じますか？

なぜなら、動物の毛は乾燥した環境では摩擦により特に帯電しやすく、いたずら好きな動物に遭遇した場合、注意しないと下の写真のような状態になってしまうからです。

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部屋に加湿器を置いたり、ペットを撫でる前に手を洗ったり、静電気防止の櫛でペットの毛を整えたり、ペット用ワイプで毛を湿らせたりして、ペットの静電気を軽減してみてください。

（２）静電気が起きにくい服を選ぶ

特に冬場は衣服の着脱時に静電気が発生しやすく、衣服の生地に大きく関係します。冬になると、ウールのセーターやダウンジャケットを着る人が増えます。ダウンジャケットの生地の構成をよく見ると、基本的にはポリエステル繊維、つまりポリエステルと呼ばれるものであることがわかります。

ダウンジャケットの生地構成

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ポリエステル繊維とウールは、特に摩擦後に静電気が発生しやすい傾向があります。これは、ポリエステル繊維の表面が疎水性構造であり、水分子を保持しにくく、導電性が低いためです。

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下の図は、静電気列（正電荷から負電荷へ配列された物質の列）です。物質間の距離が離れるほど、摩擦によって帯電しやすくなります。

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静電気シリーズ図ではウールとポリエステルが離れているため、摩擦後に静電気が多く発生することがわかります。セーターとダウンジャケットの間に綿の衣類を重ねると、静電気が大幅に軽減されます。綿は吸湿性に優れているため、ウールやポリエステル繊維と擦れても静電気の発生が少なくなります。同時に、洗濯時に柔軟剤を加えることでも、静電気を効果的に軽減できます。

また、不快な静電気を根本から防ぐために、静電気防止効果のあるタイプの衣類も登場しています。生地の表面に帯電防止剤（界面活性剤）を塗布またはスプレーします。帯電防止剤は、材料表面に一定の潤滑性を与え、摩擦係数を低下させ、静電気の発生を抑制または低減します。

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（３）他の物体を介して静電気を放電する

壁に触れることは、静電気を逃がす一般的な方法です。壁は人体から静電気を逃がすことができるからです。人体が壁に接触すると、壁に触れることで人体の帯電を接地することができ、帯電を逃がし、他の物体に接触した際に再び静電気が発生する可能性を低減します。壁に触れる手の面積が広いほど、効果は高まります。

さらに、金属製のキーなどの導電性の物体を手に持つと、体の電荷がキーに移り、キーを通じて他の物体に電荷が放出されるため、静電気を除去することもできます。オンラインで購入する静電気除去装置も同様の原理を採用しています。

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04静電気の目的

静電気は私たちの生活にいくつかの問題をもたらしますが、実際には多くの用途があり、人類に利益をもたらすことができます。

静電複写：静電気を帯びた感光材料の表面を利用し、露光時に光の強度に応じて局所電荷が変化し、それによって画像を保持し、その後トナーを吸収して紙に転写します。

静電除塵：静電場の効果を利用して、ガス中の塵粒子を帯電させて吸着させます。冶金や化学産業においてガスを精製したり、有用な粉塵粒子を回収したりするために使用されます。

静電噴霧: 高電圧の電界を使用して塗料を帯電させ、塗料粒子をワークピースの表面に吸着します。利点は、高効率と材料の節約です。

要約すると、静電気は興味深く、かつ神秘的な、どこにでもある自然現象です。静電気の原理と原因を理解することで、静電気を除去する方法を習得し、この現象をよりよく理解して活用し、静電気技術を私たちの生活に応用することができます。

次にドアを開けるときは、まず壁に触れることを忘れないでください。

参考文献

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[2] 紀元。ポリエステル用帯電防止剤PEEJの試作と応用性能に関する研究[D]東華大学、2006年。

[3] Sfameni S、Lawnick T、Rando G、Visco A、Textor T、Plutino MR。機能的かつ持続可能なフッ素フリーのシランベースのコーティングにより実現されるポリエステル生地の超疎水性。ジェル。 2023年; 9(2):109. https://doi.org/10.3390/gels9020109

[4] 冬場の布地の静電気はすべて化学繊維によるものでしょうか？調べてみましょう - Zhihu https://zhuanlan.zhihu.com/p/32244204

[5]繊維における静電気の原理と、一般的な布地がどの程度静電気を発生しやすいかを教えてください。 - 志胡 https://www.zhihu.com/question/54124761

著者: ジェイド・キュウリはポテトチップスが大好きで、よく感電します

編集者：ティアラ

謝辞：中国科学院大学の上級エンジニアである郭偉宏博士が、この記事の科学的指導を提供しました。