冬にセーターを脱ぐと「バチバチッ!」と音がしたり、下敷きで髪の毛をこすると逆立ったり。
誰もが経験したことのあるこの現象が「静電気」です。
一体なぜ、このような不思議なことが起こるのでしょうか?
その原因は、すべての物質が持つ「電気」の粒にありました。
私たちの身の回りにあるすべての物質は、原子という目に見えない非常に小さな粒からできています。
この原子の構造が、静電気の秘密を解くカギとなります。
中心には、プラス(+)の電気を持つ原子核があります。
その周りを、マイナス(ー)の電気を持つ電子が飛び回っています。
通常、原子はプラスの電気の量とマイナスの電気の量(電子の数)が同じです。
そのため、プラスとマイナスが打ち消し合い、原子全体としては電気を帯びていない中性の状態になっています。
異なる種類の物質同士をこすり合わせる(摩擦する)と、一方の物質からもう一方の物質へ、マイナスの電気を持つ「電子」が移動します。
この「電子の引っ越し」によって、原子の中のプラスとマイナスの電気のバランスが崩れること。
これが静電気の正体です。
電子が移動した後の物質は、電気的に偏った状態になります。
この、物質が電気を帯びる現象を帯電(たいでん)といいます。
原因: 他の物質から電子を受け取った。
状態: マイナスの電気(電子)の数が、プラスの電気の数よりも多くなった状態。
例: ストローをティッシュペーパーでこすると、ストローは電子を受け取ってマイナスに帯電します。
原因: 他の物質へ電子を失った(奪われた)。
状態: マイナスの電気(電子)の数が、プラスの電気の数よりも少なくなった状態。
例: ストローをティッシュペーパーでこすると、ティッシュペーパーは電子を失ってプラスに帯電します。
摩擦によって移動するのは、常にマイナスの電気を持つ「電子」だけです。
中心にあるプラスの原子核は移動しません。
帯電した物質同士を近づけると、特別な力が働きます。
プラス(+)とマイナス(ー)のように、異なる種類の電気の間には、互いに引き合う力が働きます。
(例:マイナスに帯電した下敷きに、髪の毛(プラスに帯電しやすい)が引き寄せられる)
プラス(+)とプラス(+)、またはマイナス(ー)とマイナス(ー)のように、同じ種類の電気の間には、互いにしりぞけ合う力が働きます。
(例:マイナスに帯電したストローを2本近づけると、反発して離れようとする)
物質の種類によって、電子を受け取りやすい(マイナスになりやすい)か、失いやすい(プラスになりやすい)かの傾向が決まっています。
このなりやすさの順番に並べたものを帯電列(たいでんれつ)といいます。
(+になりやすい) 毛皮 > ガラス > ナイロン > 絹 > 木綿 > 紙 > ポリエステル > ポリエチレン > 塩化ビニル (ーになりやすい)
帯電列で離れた位置にある物質同士をこすり合わせるほど、静電気は発生しやすくなります。
こすり合わせたとき、帯電列で左側にある物質がプラスに、右側にある物質がマイナスに帯電します。
例: 「絹」と「ガラス」をこすり合わせると、ガラスがプラス(+)に、絹がマイナス(ー)に帯電します。
この静電気の基本的な性質を理解すると、なぜ冬に静電気が起こりやすいのか(空気が乾燥していると電気が逃げにくいため)といった、より進んだ内容も理解しやすくなりますよ。