静電気は日常生活のいたるところにあります。それは私たちの周りにあり、時には髪を逆立てるときのように面白くて明白ですが、携帯電話の電子機器で利用するときのように隠されて便利なこともあります。冬の乾燥した時期は、静電気の厄介なマイナス面のハイシーズンです。ドアノブや衣類乾燥機から取り出したばかりの暖かい毛布に触れると、小さな稲妻のような放電が発生します。
静電気は、人々が観察し、説明した最も古い科学的現象の1つです。ギリシャの哲学者タレス・オブ・ミレトゥスが最初の報告をしました。紀元前6世紀の著作で、琥珀を十分に強くこすった場合、小さなほこりの粒子がそれに付着し始めると彼は述べました。 300年後、テオプラストスはタレスの実験を追跡し、さまざまな種類の石をこすり、「引き寄せの法則」も観察しました。しかし、これらの自然哲学者のどちらも、彼らが見たものについて満足のいく説明を見つけませんでした。
ラテン語の「琥珀のように」を意味する「電気」に基づいて英語の「電気」という言葉が最初に造られるまでには、さらに約2、000年かかりました。最も有名な実験のいくつかは、電気の根本的なメカニズムを理解するためにベンジャミンフランクリンによって行われ、それが彼の顔が100ドル札から微笑む理由の1つです。人々はすぐに電気の潜在的な有用性を認識しました。
もちろん、18世紀には、人々は主に魔法のトリックやその他の公演で静電気を利用していました。たとえば、スティーブングレイの「空飛ぶ少年」の実験は、人気のある公開デモになりました。グレイは、ライデン瓶を使用して若者を充電し、絹の紐で吊るし、静電気で本のページをめくったり、小さな物を持ち上げたりする方法を示しました。静的引力を使用します。
電荷には正と負のフレーバーがあり、総電荷は常に保存されているというフランクリンの洞察に基づいて、静電引力の原因、ミニ稲妻の原因、および利用方法を原子レベルで理解できるようになりました。さまざまな最新技術で使用するのに迷惑になる可能性があるもの。
これらの小さな火花は何ですか？
静電気は、電荷間の相互作用力になります。原子スケールでは、負電荷は電子と呼ばれる小さな素粒子によって運ばれます。ほとんどの電子は、硬くて生命のない石であろうと、体の柔らかく生きている組織であろうと、物質の大部分の中にきちんと詰め込まれています。ただし、多くの電子は、あらゆる材料の表面にも存在します。それぞれの異なる材料は、独自の異なる特性強度でこれらの表面電子を保持します。 2つの材料が互いに擦れ合うと、電子が「弱い」材料から引き裂かれ、より強い結合力で材料上に存在する可能性があります。
この電子の移動—私たちが静電気の火花として知っているもの—は常に起こります。悪名高い例としては、子供たちが遊び場の滑り台を滑り降りたり、足がカーペットに沿ってシャッフルしたり、誰かがウールの手袋を外して握手をしたりします。
しかし、空気の湿度が非常に低い冬の乾燥した月には、その影響がより頻繁に見られます。乾燥した空気は電気絶縁体ですが、湿った空気は導体として機能します。これが起こることです：乾燥した空気では、電子はより強い結合力で表面に閉じ込められます。空気が湿っているときとは異なり、元の表面に戻る方法を見つけることができず、電荷の分布を再び均一にすることもできません。
静電気スパークは、余剰の負の電子を持つオブジェクトが、負の電荷が少ない別のオブジェクトに近づき、余剰の電子が電子を「ジャンプ」させるのに十分な大きさである場合に発生します。電子は、ウールの敷物の上を歩いた後のように、蓄積した場所から、ドアノブなどの過剰な電子がない次に接触するものに流れます。
電子が行き場を失うと、電荷は表面に蓄積します—臨界最大値に達するまで、小さな稲妻の形で放電します。電子に行く場所を与えてください—伸ばした指のように—そしてあなたは間違いなくザップを感じるでしょう。
ミニスパークの力
時々迷惑ですが、静電気の電荷量は通常、ごくわずかで、かなり無害です。電圧は、一般的な電源コンセントの電圧の約100倍にすることができます。ただし、電圧はオブジェクト間の電荷差の測定値にすぎないため、これらの巨大な電圧について心配する必要はありません。 「危険な」量は電流であり、これはいくつの電子が流れているかを示します。通常、静電気放電ではわずかな電子しか伝達されないため、これらのザップはかなり無害です。
それにもかかわらず、これらの小さな火花は、コンピューターのハードウェアコンポーネントなどの敏感な電子機器にとって致命的となる可能性があります。わずかな電子によって運ばれる小さな電流は、それらを誤って揚げるのに十分である可能性があります。そのため、電子産業の労働者は接地されたままでなければなりません。これは本質的に、電子が空の高速道路の「家」のように見えることへの有線接続です。金属部品に触れたり、キーを手に持ったりすることで、接地も簡単です。金属は非常に優れた導体であるため、電子はそこに行くのに非常に満足しています。
より深刻な脅威は、可燃性ガスの近くでの放電です。これが、ガソリンスタンドのポンプに触れる前に自分自身を接地することをお勧めする理由です。漂遊スパークが漂遊ガソリンガスを燃焼させたくない場合。または、電子産業の労働者が非常に敏感な電子部品で作業する前に個人を安全に接地するために広く使用されている種類の帯電防止リストバンドに投資することもできます。手首に巻く導電性リボンを使用して、静電気の蓄積を防ぎます。
日常生活において、電荷の蓄積を減らす最良の方法は、加湿器を動かして空気中の水分量を増やすことです。また、保湿剤を塗って肌をしっとりと保つことで、大きな違いが生まれます。乾燥機シートは、少量の柔軟仕上げ剤を布の上に広げることで、衣類が転がり乾くときに電荷が蓄積するのを防ぎます。これらの正の粒子は緩い電子のバランスを取り、有効電荷は無効になります。つまり、衣類が互いにくっついている乾燥機から出てくることはありません。カーペットに柔軟仕上げ剤をこすりつけて、電荷の蓄積を防ぐこともできます。最後に、綿の服と革底の靴を履くことは、羊毛の服とゴム底の靴よりも優れています。
静電気の利用
静電気の妨害と起こりうる危険にもかかわらず、それは確かにその利点を持っています。
現代のテクノロジーの多くの日常的なアプリケーションは、静電気に決定的に依存しています。たとえば、コピー機は電気吸引力を使用して、帯電したトーン粒子を紙に「接着」します。芳香剤は、部屋の臭いを良くするだけでなく、ほこりの粒子に静電気を放出することで悪臭を除去し、悪臭を分解します。
同様に、現代の工場で見られる煙突は、汚染を減らすために帯電したプレートを使用しています。煙の粒子がスタックを上に移動すると、金属グリッドから負の電荷を拾います。帯電すると、それらは正に帯電した煙突の反対側のプレートに引き付けられます。最後に、帯電した煙の粒子は、廃棄可能な収集プレートからトレイに収集されます。
静電気はまた、ナノテクノロジーへの道を見出しました。そこでは、たとえば、レーザービームによって単一の原子を拾うために使用されます。これらの原子は、さまざまなコンピューティングアプリケーションのように、あらゆる種類の目的で操作できます。ナノテクノロジーのもう1つのエキサイティングなアプリケーションは、ナノバルーンの制御です。これは、静電気によって膨張状態と崩壊状態を切り替えることができます。これらの分子機械は、いつの日か体内の特定の組織に薬を届けることができます。
静電気は発見されてから2千年半が経ちました。それでも好奇心と迷惑ですが、私たちの日常生活にとっても重要であることが証明されています。
Sebastian Deffnerは、メリーランド大学ボルティモア郡の物理学の助教授です。この記事は、量子メモリの計算エラーを減らすためにデフナーと共同研究を行っているムハメッド・イブラヒムによって共同執筆されました。
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