身近な静電気現象
ドアノブを触るとパチッと痛みが走る、また下敷きで髪の毛をこすると髪の毛が逆立つ、どちらも静電気が関係しています。これらの現象は、摩擦によって物体の表面から電子が移動することで起こります。
摩擦で発生する静電気
私たちの身の回りにあるすべての物資は原子でできています。
その原子は通常、プラスの電気を持つ陽子と、マイナスの電気を持つ電子とが同じ数だけ存在し、全体として電気的に中性な状態を保ちます。
しかし異なる物体同士がこすれ合うとその接触面で電子が移動し、一方が +(プラス)、もう一方が -(マイナス) に帯電することがあります。これが摩擦帯電と呼ばれる現象です。
例えば下敷きを髪にこすりつけると下敷きに電子が移動します。このとき電子を受け取った下敷き(ポリ塩化ビニル)は-に帯電し、電子を失った髪の毛は+に帯電します。どちらからどちらへと電子が移動するかは、その物質の組み合わせ次第です。物質ごとの帯電のしやすさは帯電列によって決まります。

帯電した物質同士は、異なる極同士となりますので引き合います。これが静電気力(クーロン力)です。
導体と不導体によるちがい
興味深いのは、物質により静電気の発生しやすさが異なる点です。
物質には大きく分けて電気を流しやすい導体と電気を流しにくい不導体があります。
金属のような導体では自由電子があるため、静電気が発生してもすぐに移動して分散してしまいます。帯電した状態が維持されにくいため、金属同士を摺り合わせても静電気はほとんど発生しません。
一方、プラスチックや紙など不導体では、電子が原子核に束縛されています。そのためいったん電子の過不足が生じると、その状態で電荷がその場に留まりやすく、帯電が発生しやすくなります。
静電気と誘電のしくみ
例えばガラス棒を絹布でこすると、摩擦によってガラス表面の電子が絹布へと移動し、ガラス棒が+に帯電します。この帯電したガラス棒を他の物体に近づけると、次のような現象が起こります。

導体の場合:静電誘導
帯電したガラス棒を金属(例:アルミはく)に近づけると、アルミはく内の自由電子が移動し、ガラス棒に近い側が -に帯電 し、反対側が +に帯電します。この結果、ガラス棒とアルミホはくとの間に静電気力が働き、引き合います。導体内の自由電子が移動し、帯電した物体とは逆の電荷が誘導される現象であり、これを静電誘導と呼びます。

不導体の場合:誘導分極
次に、アルミはくの代わりに紙(不導体)を近づけるとどうでしょう。不導体には自由電子がないため金属のような電子移動は起こりません。しかし、紙はやはりガラス棒に引き寄せられます。
これは帯電した物体を近づけることで、紙を構成する高分子(セルロース)内の分子全体の電子雲がわずかに偏り、分子レベルで双極子が形成されるためです。その結果、帯電した物体とは逆の電荷が表面に現れ、全体として分極が生じ 、静電気力による引力が生じます。この現象を誘導分極と呼びます。

このように
導体では 電子の移動(静電誘導) によって、
不導体では 分子の電荷の偏り(誘導分極) によって、静電気力が働きます。
補足:
ここでの「不導体であるガラス棒を布でこすると、電子が移動して帯電する」という説明と、不導体では「電子が原子核に束縛されている」、という話は一見矛盾するようにも思えます。しかし、このちがいは電子の振る舞いが起こる場所のちがいによるものです。
摩擦帯電では、不導体の表面にある電子が移動し、帯電が発生します。これは、物質表面の電子が内部の電子に比べて結びつきが弱いためです。一方で、不導体内部では電子は原子核に束縛されており、自由に移動することはできません。しかし帯電した物体を近づけると、不導体内部の分子全体の電子雲がわずかに偏り、分子レベルでの微小な双極子が形成されます。その結果、物質全体としては帯電した物体とは逆の電荷を帯びた側と同じ電荷を帯びた側が生じ、分極(誘導分極)が起こります。
つまり、摩擦帯電は表面の電子移動によるものであり、誘導分極は内部の電子の分布の変化によるものです。一見矛盾する電子の振る舞いはそれがどこで起こっているかのちがいに起因します。
静電気の放電メカニズム
「静」電気と言う名前のとおり、通常この電荷は動きません。しかし十分な電位差が生じると、突然電荷が移動し始めます。これが放電現象です。
最も身近なのは冒頭紹介したドアノブを触れた時の放電でしょう。
乾燥した空気や衣服との接触で帯電した体が、導体であるドアノブに触れた瞬間、急激な電荷の移動が起こり、小さな花火となって現れます(花火放電)。
雷も同様のメカニズム
自然界における雷も、雲と地面の間で発生する巨大な静電気放電です。
雲の中で出来た氷の粒子同士が摩擦することで雲が帯電し、地面との間に大きな電位差が生じます.雲と地面との間には空気という絶縁体が存在しますが、電位差が空気の絶縁耐力を超えると(絶縁破壊)、放電=雷が生じます。
他のメカニズム
静電気は 摩擦以外にも、接触・分離・圧力・熱・放射線などさまざまな要因で発生します。
例えば、
- 帯電したガラス棒による静電誘導
- 圧力を加えることにより内部の電荷が移動し、帯電するピエゾ帯電
まとめ
静電気の発生メカニズムも多用であり、身の回りの技術にも広く関わってきます。
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