静電気

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静電気(せいでんき、static electricity)とは、静止した電荷によって引き起こされる物理現象のこと。

滑り台に接触して発生した静電気によって髪が互いに反発している

概要[編集]

静電気は、物体(主に誘電体)に電荷が蓄えられている(帯電する)状態や、蓄えられている電荷そのもののことを指す場合もある。電荷は常に電界による効果と磁界による効果を持つが、静電気と呼ばれるのは電界による効果が際立っている場合である。

発見は古く、紀元前600年頃にはタレスによる摩擦帯電についての記述が存在している。電池電磁誘導の原理が見出されるまで、電気といえば静電気のことであった。あまり使われない用語だが、対義語として動電気がある。

しばしば、摩擦帯電によって生じる電荷のことを指して静電気と呼ぶが、本来は摩擦帯電も静電気現象の一つでしかない。例えば圧電効果なども静電気の範疇である。もまた、に蓄えられていた静電気によって引き起こされる放電現象である。

日常生活で、静電気による放電に出会ったときに「静電気が起きた」という事があるが、これは「静電気によって火花放電が起きた」というほうがより正確である。静電気は放電が起きる前に摩擦などで生じ、物体に蓄えられていたのである。

日本においても静電気学会によって応用方法や事故防止の方法が研究されている。

発生[編集]

セロテープの同じ電荷による反発
セロテープの異電荷よる引き寄せ

もっとも身近な静電気は、2種類の誘電体(絶縁体)の摩擦によって生じる。誘電体をこすり合わせたときに生じる静電気の符号は、物体の組み合わせによってきまる。組み合わせたときに正の電荷を生じるものを右に、負の電荷を生じるものを左になるように並べると、誘電体を一直線上に並べることができ、この配列のことを帯電列と呼ぶ。帯電の極性は帯電列によって決まり、異なる物質間の帯電では帯電列が離れているほど高くなる。

この他、帯電した物体への接近(静電誘導および誘電分極)や、物理的な応力(圧電効果)、温度変化(焦電効果)によっても生じる。実験用途や工業用途で静電気を利用する場合には、ヴァンデグラフ起電機のような静電発電機や、コッククロフト・ウォルトン回路のような昇圧回路を用いる。物体に蓄えられている電荷は自分自身に反発するため、静電気はもっとも広がった状態、すなわち物体の表面に分布する状態がもっとも安定であり、ファラデーケージはこれを原理とする。

利用[編集]

静電気の利用には、放電現象を利用する場合と、電荷による吸引や反発力を利用する場合がある。電荷による力は距離の2乗に反比例するため、これを利用する場合には対象が細かいほど適している。このため、加速器イオンエンジンは究極の用途とも言える。産業分野でも、静電植毛静電塗装集塵装置のように状や状の物質(分散系粉粒体)を扱う用途にしばしば利用されているほか、小型のアクチュエータモーターへの応用もある。静電気を応用した電子部品としては、一連の圧電素子水晶振動子焦電素子コンデンサ型マイクロフォンなどがある。これらは該当項目を参照のこと。また、身近な応用として有名なものの一つに、レーザープリンター複写機に用いられる感光ドラムの原理がある。

放電現象の応用では、放電のエネルギーを利用した点火装置が代表的である。コンロライターなどの身近なガス点火装置も圧電素子による静電気を利用している。また、空気中での放電はオゾンの生成に利用される。

生活の中での静電気[編集]

日常生活のなかで、静電気の発生が問題となることがある。絨毯の上を歩くことによって、床と人体との間で静電気が生じたり、特に化学繊維を用いた衣服がこすれることによって帯電したりすることがある。静電気の電圧が高くなると、火花放電となって観測される。空気が湿っていると静電気が逃げやすくなるので、これらの現象は湿度の低い季節におこりやすい。日本においては、冬場の室内で暖房器具(特に電気暖房)を用いている際にそのような条件が整うことが多い。人体表皮からの火花放電はおおむね痛みを伴い、やけどの跡が確認できるものもある。

また、帯電した物体は埃や塵を吸い寄せるため、美観を損ねるなどの影響もある。

被害[編集]

自然放電

通常は流れる電流も小さく生命機能に影響を与えることは少ないが、時として危険なこともある。

とくに可燃性液体や気体(可燃性蒸気も含まれる)、火薬などを扱う場所で火花放電が起こると、引火による爆発や火災などの大事故になり得る。通常、こうした可燃性の危険物等を取り扱うような作業をする際は、静電気の起こりにくい素材の作業衣を着用したり、静電気のたまりにくい導電性の有る材質で作られた靴を履くこと等が求められ、業務としてそれを行う際には規則として定められていたりする。扱う部屋や建物に入室する際にも、アースされた金属板に手をつけるなどして電位を中和してからドアを開ける等の注意が必要となる。

なお、セルフ式のガソリンスタンドでは、揮発した可燃性蒸気(ヴェーパ)が突然に発火する現象が発生する場合が有る。客の乗降時の着衣等における静電気蓄積による火花等が原因とされ、注意がうながされている[1]。ガソリンスタンド従業員は帯電防止の着衣等の対策をしているためにこうした事故はおこりにくいが、一般客の場合は給油前に給油機に貼られている放電プレートに触れる事が指示されており、事故防止の対策として実施されている。

人工衛星の場合は、太陽活動が活発な時期に高エネルギー電子等の影響で衛星が帯電して、放電が起きることにより、衛星が全損する例もある(1973年のDSC-II、1982年のGOES-4、1991年のMARCUS‐A、1997年のINSAT‐2Dなど)。このような被害を防止するためには、設計・組み立て段階で各機器や断熱カバーの接地を念入りに行っておく必要がある。

製造現場における静電気対策[編集]

ICなどの半導体部品や液晶は静電気による高電圧が素子を破壊する恐れがあり、静電気によるほこりの付着も嫌う。電子機器や半導体部品や電子部品、HDD(ハードディスクドライブ)、液晶などの生産現場には静電気を発生させない対策や静電気を漏洩させる対策や、静電気を除電中和するイオナイザーをはじめ、様々な静電気対策が施されている。

また、作業員自身の静電気対策として静電気が起こりにくいような服装をしたり、リストストラップや静電気対策床と静電気対策靴を用いて体の一部を電流制限抵抗成分を介しアースに接続しておくなどの対策も行われている。一般家庭において、PCの内部を触るときなども、電子部品に触れる前に筐体の金属部分に触れるなどして静電気を逃がすのが安全である。筐体の金属部位を触った瞬間は人体の電位と電子機器の筐体の電位差が無くなるが、人体に対して何も静電気対策していない場合、筐体から手を離した次の瞬間には、人体の衣服などによる摩擦帯電等の静電気帯電が始まり、非常に危険である。電子機器の内部などを手で触れる場合は必ず人体の静電気対策としてリストストラップの着用が必須である。ホビーとして各種の電子回路などを扱う際にも静電気には留意するべきであり、アースのためのクリップ付きコードを接続するリストバンドなどが市販されている。

小麦粉の製造やカーボンブラックの製造でも粉塵爆発は静電気によるものが殆んどで往々にして大被害を起こす。

精密空調による静電気対策[編集]

静電気は乾燥した冬場や低湿度条件で発生しやすいため、細かい温湿度管理ができる精密空調も製造現場の静電気対策の一つで、クリーンルーム全体を管理する空調のほか、クリーンブースクリーンベンチ、製造装置に取付ける空調ユニットなど局所空調も有効な静電気対策として広く使われている。


精密空調機器の主なメーカー[編集]

出典[編集]

  1. ^ [1] 米国セルフスタンドの火災(危険物保安技術協会ホームページ)2011年11月4日閲覧

関連項目[編集]