静電気について

質問

ここに電圧が数万ボルトのバッテリーがあるとします。
このバッテリーは何にも接続され折らず。回路をなしていません。

このバッテリーの両極はよく帯電した下敷きのように、紙くず等を
近づけると、それらを引き寄せたり、あるいは退けたりするのでしょうか？

よろしくお願いいたします。

回答No.9

sekisei · ベストアンサー

電池と電気集塵機は機構が違うと思います。

電気集塵機は静電気を発生させてちりを集めます。
たとえばバンデグラフのような仕組みで電極に電荷を集めます。
バッテリーとは機構がちがうため成り立っています。

また、バッテリーの放電は主にバッテリー内部の電気化学的反応が進んでしまうことによって起こります。
http://www.asahip.co.jp/parts/battery/electric_discharge.html
ただ、大気への放電が全く無いという意味ではなく影響は小さいと思われます。

無論私も高電圧のバッテリーの想定は考慮して回答しました。
厳密に全くチリを引き寄せる力はないことはないでしょう。
もし、数万ボルトのバッテリーと静電気が同じなら高圧送電線には静電気と同じ程度のチリなどが付着することになります。
鳥なども電線にとまれば毛が逆立つことになります。

静電気がチリを吸い寄せるのはクーロン力だと思います。
つまり電荷と電荷が引き合う力です。
電圧ではないと思います。

お礼

お返事ありがとうございます。
電池由来の電圧では、電気集塵機はできないということなのでしょうか？
また新たな疑問が・・・
ありがとうございます。　ああ好奇心はと止まらない。

回答No.22

TTak

比較的簡単な内容だと思っていたのですが、
いろいろと条件によって論議が枝分かれしてます。
(^^;)

答えは#9さんで出てますね。
要は電圧に関係なく、電荷のあるところには電気力線があるので、必ず影響は受けます。よって、紙くずが十分に軽い誘電体で、真空中に漂っているという理想条件ならば、理論的には動くでしょう。なお、真空中では放電は起こりません。

実際に動くか動かないかはその埃の大きさや風、電極間の距離など様々な要因が絡むでしょう。この場合、最初にモデルを簡単化してから、外部条件を具体的にしていくと良いです。

お礼

お返事ありがとうございます。
電圧に関係なく電荷があるところには電気力線があるのですね。
なるほど、　　勉強になりました。

回答No.21

sekisei

質問者様、お手数をおかけします。

mayann99様、ANo18について
Q1、ひとたび埃が帯電すれば電界により力をうけるので集塵極は帯電していなくても大丈夫だと思います。
静電気の場合に引き寄せられるのは静電誘導によるものですから引き寄せる側は帯電していることが必要だと思いますが、荷電物は電界さえあれば力をうけるためです。

Q2、多分そのようになるように思えます。どの程度引き寄せるかは不明ですが・・。
この場合ちょうど両極間の電流に塵が巻き込まれるようなイメージでしょうか。
ただ、この電流が非常に小さいし、静電気ほどの効率もよくないので大変微々たる力だと思います。

Q3、そうですね。ただ、両極に電荷が集まり打ち消しあうため外部への影響力はほとんど失われるのではないかと思います。

お礼

お返事ありがとうございます。
いろいろ活発な意見をありがとうございます。

回答No.20

noname#22689

余りにも沢山な回答が寄せられて居るので、一つ位塵の書き込みが有っても良いかな～と、暇にあかせて、勝手な戯言をば…
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放電と言う現象は「＋－」間の絶縁が低く成った時に起こります。
空気は絶縁体ですが耐圧を超える条件が起こると放電が起こります。
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質問では「バッテリー」と成っていますが←此れは単なるDC(直流)と考えれば良いだけの話では無いでしょうか。
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通常の空気の場合(1000Vで4~5m/m)←位電極が近接すると放電が起こるようです。(ACでもDCでも)併しDCの方が流れが一方通行の為飛び易いかも？
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コロナ放電は、必ずしも高電圧で無くても飛びます。→映写機「映画館の」←の光源には、炭素棒(鉛筆の芯に、マグネシュームなどが発火剤を混ぜ、外側は、銅でコーテングして有る)←の場合50v前後の電圧で駆動(アーク「コロナ放電の事」を飛ばして居る)　又最近家庭でも使える100v用の溶接機なども数十ボルトの低電圧でアークを飛ばしています。
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質問へ戻って、数万ボルトのバッテリーでは、帯電した下敷きのように、紙くず等を引き寄せたり、あるいは退けたりするかと、言う問題は、静電気とは性質が異なる為、直接電極の＋或いは－へ引き付ける事は無いと感じます。何故なら、電気が、－から＋へ移動するのは(中和)と言う現象が起こっていますが、バッテリーの(－)は、バッテリーの＋へ対してのみ中和が起こるので有って、空中や大地に対して、電流が流れる事は有りません。併しバッテリーの両端から、近接した電極同士を取り付けて数万ボルトの電圧を加えた場合(電極に電荷が溜まるので)静電気が起きて、コロナ放電が起き、空気がイオン化された時空中の塵(塵は、＋とか－とかに固定化されて居ない「塵の物質に依って、＋帯電で有ったり－で有ったりする)の有る物はで空気がイオン化した物と中和して、電極が－から＋へ放電している流れに乗って片方の電極へ付着するかも知れない。
物質が物質の形態を保っているのは、電子が引っ張りあっているからですが電極に吸い寄せられた塵は電極の電源を切っても吸い付いています。←何故だか分からないけど…。

補足

皆さんのたくさんの回答ありがとうございます。
たくさんの書き込みなので、いろいろ書き込まれている事を
自分の頭の中でまとめてみようと思います。
皆様の回答にはお礼をみな書こうとおもっておりますが、少し時間をいただきたく思います。
とりあえずこの場を借りて皆様！ありがとうございます。

回答No.19

mazeran

質問者様とleo-ultra様へ。
コンデンサへ電気を流して帯電するのは「静電誘導」によって起こりますが、その「静電誘導」を起こす電気は「動電気」ではなく「静電気」での現象です。
電気の導体を帯電した物体に近づけると、電気の導体に誘起されるのは「静電気」だと、クーロンの法則にあります。

もう一度ここで訂正をしておきます。
No,15の後半に書いたように、私は質問者様が「高電圧のバッテリーの場合、静電気と同じような現象が起きるかどうかと言うことを尋ねておられる・・・。」と勝手に判断したためにこう言う書き方をしてしまいました。
誤解を生むような書き方で申し訳ありませんでした。

私が言いたかったのは、動電気と静電気はまったく別のもので、ほこりなどを吸い寄せるなどの現象は、決して「動電気」での現象ではなく、「静電気」の作用による現象なのですと言うことです。
暗放電(コロナ放電)などの割合低い電圧で発生する放電は、何ボルトから始まるのかは知りませんが、その高電圧のバッテリーから放電現象があれば、結論は当然違ってきます。

そう言う意味で、企業の除電対策の件も書いたつもりですので、よろしく理解してください。

回答No.18

mayan99

１．
しつこいですが電気集塵機についてです。
ホコリへの帯電側はコロナ放電のようですが、集塵側の電極は＋（又は－）に帯電しているからホコリを吸着するんだと思います。

２．
数万ボルトのバッテリーの電極は、帯電した下敷きのようには引き寄せないが、電気集塵機のようにコロナ放電によりホコリを帯電させて引き寄せることがあるということでよろしいでしょうか。
この場合、電極の形状および距離により引き寄せる力は変化する。

３．
数万ボルトのバッテリーの電極はコンデンサのように帯電するかどうかについては、電極の距離と形状に影響されるが帯電する。しかしホコリを引き付けるほどの力があるかどうかは未知数であるということでよろしいでしょうか。

回答No.17

sekisei

まず8942様、この場を借りて便乗質問をしてしまい申し訳ありません。
またmayan99様、質問者ではない私に回答していただいてありがとうございました。

まず、ANo5での8942様からの質問への回答ですが、電極の位置を変えても実はあんまり引き寄せる力はほとんどないのではないかと思っています。
というのは、確かに極の間隔を狭くすれば極に電荷が溜まりますがもう一方の極には逆の電荷が溜まりますのでおおよそお互いに打ち消しあってしまい外界の物体をひきつける効果が少なくなると考えられるからです。

－－－以下はNo12についてですので8942様は読み飛ばしてもらっても構いません---

質問させていただいたのは私も私なりに電気集塵機をしらべmazeran様の言われるようにコロナ放電を利用しているという事をしっていたことに対してmayan99様よりそういった静電気を使った方法はないと言われたため、自分の理解に間違いがあっては回答する資格もないと考えたためです。

私が知っているコロナ放電の機構ではmazeran様の機構の通りで、その際先鋭な金属棒に高い電圧を掛けています。
ですからmayan99様に教えていただいた機構も同じものではないかと思えます。
既にmazeran様が書かれている通りで、高電圧をかけた針金からのコロナ放電により周辺の塵を帯電させます。
その塵への帯電により塵は静電気を帯びると解釈しています。
ですから私としては前回静電気を利用していると書きました。

また、電圧と電荷ですが、無論密接な関係はありますが別物です。
簡単には使われる単位が違います。
電圧はＶ、ボルトですし、電荷はＣクーロンです。
そして１Ｖとは１Ｃの電荷に対して１Ｊのエネルギーを生じさせる電位差のこととなります。
確かに同じように思えますが、実は単位も定義も違います。

また電荷があると確かに周辺に電界が生じますが、電圧があっても（最初の回答の通り）電荷があるとはいい切れません。
私もあんまり理解できていませんがマクスウェルの電磁気の方程式の一つdivＤ＝ρからも言えます。
言い換えると閉じた電界があるとき電荷が存在しないと言うことになります。

回答No.16

leo-ultra

＃１４さま
> 「動電気」か「静電気」かで「帯電」という現象は現れますので、いくらバッテリーの電圧を上げても、「帯電」による現象は現れません。

コンデンサをお忘れですか？
バッテリーをコンデンサにつなげば「帯電」は起こります。
バッテリーをコンデンサにつながなくても、バッテリーの両極の間に小さな寄生容量が発生して、小さなコンデンサを形成して、帯電が起こります。

この容量がとっても小さいかもしれませんが、バッテリの電圧がとても高ければ、充分な電荷の「帯電」が起こると思います。

> 半導体を扱う企業や、樹脂を扱う企業が、高い投資をして静電気対策のための「除電装置」を検討する必要はなくなります。

静電気対策で重要なことは、いかに静電気をゼロにするかということです。バッテリーを用いた「帯電」は、帯電を作ることは得意ですが、絶縁性の試料から一様に「帯電」をゼロにすることは得意ではないということだけだと思います。

回答No.15

mazeran

私の認識では、「動電気」とは導体内の「自由電子」が動くことで生ずる電気で、「静電気」とは、原子の最外殻の電子が摩擦などにより移動することで発生する電気ということです。

ですから「動電気」は、自由電子が一せいに同じ方向に動くことで生まれる電気のため、流れている物体（原子）は電気的に「中性」のままの状態になります。
「静電気」は、原子自体が電気的に＋になるか－になるかで「帯電」、つまり電気を帯びることにより発生する電気であり、その電子はほとんど自由に動くことができません。

動電気の場合、クーロン力が出るのは、自由電子が電位差によって動いているときだけです。自由電子が止まっている状態では何の変化もありません。もちろん帯電量は０（ゼロ）です。
ですから回答に対するお礼のところに書かれたような実験をしても、クーロン力が発生しているのは明らかに下敷きの方で、片方の電池の場合は何も変化はありません。

ただし、弱い「暗放電」や「グロー放電」などの放電を起こし、自由電子に動きがあれば、イオンやオゾンが発生し、静電気を帯びて何かの変化はあるはずです。

本来空気は電気を通しません。絶縁破壊も起こしません。でも空中で放電するのは、極微量の「宇宙線」などが「起爆剤」の代わりとなって絶縁破壊の連鎖反応を起こします。
ですが質問の趣旨から、絶縁破壊のことを言われているのではなく、高電圧のバッテリーの場合、静電気と同じような現象が起きるかどうかと言うことを尋ねておられると判断したため、あえて放電はしないと仮定した回答をさせていただきました。

もしバッテリーで静電気と同じ作用ができるのなら、半導体を扱う企業や、樹脂を扱う企業が、高い投資をして静電気対策のための「除電装置」を検討する必要はなくなります。
工場内に、高い電圧に昇圧した直流の電源の端子を置いておくだけで解消してしまうわけですから。

回答No.14

mazeran

Ｎｏ，１３です。補足説明をさせていただきます。

集塵機は立派に「静電気」で集塵しています。
ほこりを帯電させるためには静電気が必要で、その静電気は「イオン」で作っています。
そのイオンは、「コロナ放電」という放電のエネルギーを使い、空気中の分子をバラバラにして「イオン」にします。イオンになった空気は文字通り「帯電」した状態になりますので、＋と－は引き付けあうので「集塵機」として利用が可能になります。
コロナ放電を起こしているのは「動電気」で、コロナ放電により空気をイオン化して「静電気」を作っています。

ですから直流・交流関係なしで、「動電気」か「静電気」かで「帯電」という現象は現れますので、いくらバッテリーの電圧を上げても、「帯電」による現象は現れません。

お礼

電気集塵機の仕組み教えていただきありがとうございます。

回答No.13

mazeran

そもそもバッテリーの電気は「動電気」と呼ばれ、「静電気」とは性質はまったく違うものです。

＞このバッテリーの両極はよく帯電した下敷きのように・・・

「帯電」とは「静電気」のことで、「動電気」では帯電と言う現象は発生しません。
「電荷」の移動がほとんど起きない、自然界に存在する電気が「静電気」であり、不導体の中で、電荷の移動ができずに溜まってくることを「帯電」と呼んでおり、＋に帯電すれば－を、－に帯電すれば＋を引き付けます。

従って、「動電気」にはこのような性質はないので、「静電気」で起きるような現象は起きません。

お礼

お返事ありがとうございます。
＞「帯電」とは「静電気」のことで、「動電気」では帯電と言う現象は発生しません。

たとえば良く帯電した下敷きと、それと同じだけの電圧の電池があって
帯電した下敷きの極性と反対の電池の極をアース接地して、どちらもアースに対して同じ電位差であるようにして
下敷きと同じ極性の電池の極に下敷きと同じ形の金属板を接続したとすると、やはり、集塵するのは下敷きのみなのでしょうか？