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⚡ 基本のしくみ

静電気の基本のしくみ

⚡ こすり合わせると電気を帯びる — 帯電(たいでん)

下じきをティッシュペーパーや髪の毛でこすったあと、下じきを髪の毛に近づけると、 髪の毛がふわっと逆立って下じきに引き寄せられます。ストローをティッシュでこすってから 別のストローに近づけたときにも、引き合ったり退け合ったりする動きが見られます。 このように、2つの物をこすり合わせることで、物が電気を帯びることを 帯電といいます。ふだん物が電気を帯びていないのは、 物の中の+の電気と−の電気の量がちょうど同じでつり合っているためです。

帯電の定義:2つの物をまさつ(こすり合わせること)によって、物が電気を帯びる現象。 たまったまま流れずにとどまっている電気を静電気という。

下じきと髪の毛をこすり合わせたときの変化こする前(電気を帯びていない)下じき++髪の毛+まさつこすったあと(帯電した)下じき(−に帯電)髪の毛(+に帯電)+++−のつぶが髪→下じきへ移動→ ちがう符号どうしなので引き合う

🔴🔵 電気には2種類ある — +の電気と−の電気

電気には+(プラス)の電気−(マイナス)の電気の 2種類しかありません。帯電した物どうしを近づけたときの動き方には、はっきりとした ルールがあります。

最重要ルール:同じ種類の電気どうしは退け合い(反発し)、 ちがう種類の電気どうしは引き合う

同種は退け合う異種は引き合う+

🔬 帯電のしくみ — 動くのは「−のつぶ」だけ

すべての物は、目に見えないとても小さなつぶ(原子)が集まってできています。 その中には、−の電気を持つとても小さいつぶが、つぶ(原子)の外側の方にふくまれています。 2つの物をこすり合わせると、この−のつぶだけが、一方の物からもう一方の物へ移動します。 +の電気を持つ部分は物の中にとどまったままで、動きません。

−のつぶを受け取った方は−の電気が多くなるので−に帯電し、 −のつぶを渡した(失った)方は+の電気の方が多くなるので+に帯電します。 こすり合わせる前は+と−の量がつり合っていたので、電気を帯びていないように見えていたのです。

📝 このセクションのまとめ

  • 2つの物をこすり合わせると電気を帯びる現象を帯電という
  • 電気には+の電気−の電気の2種類だけがある
  • 同種は退け合い、異種は引き合う
  • 帯電のしくみは、−のつぶ(電子)だけが移動すること。+の電気を持つ部分は動かない
🔋 電気静電気

静電気の基本のしくみ

⚡ こすり合わせると電気を帯びる — 帯電(たいでん)

下じきをティッシュペーパーや髪の毛でこすったあと、下じきを髪の毛に近づけると、 髪の毛がふわっと逆立って下じきに引き寄せられます。ストローをティッシュでこすってから 別のストローに近づけたときにも、引き合ったり退け合ったりする動きが見られます。 このように、2つの物をこすり合わせることで、物が電気を帯びることを 帯電といいます。ふだん物が電気を帯びていないのは、 物の中の+の電気と−の電気の量がちょうど同じでつり合っているためです。

帯電の定義:2つの物をまさつ(こすり合わせること)によって、物が電気を帯びる現象。 たまったまま流れずにとどまっている電気を静電気という。

下じきと髪の毛をこすり合わせたときの変化こする前(電気を帯びていない)下じき++髪の毛+まさつこすったあと(帯電した)下じき(−に帯電)髪の毛(+に帯電)+++−のつぶが髪→下じきへ移動→ ちがう符号どうしなので引き合う

🔴🔵 電気には2種類ある — +の電気と−の電気

電気には+(プラス)の電気−(マイナス)の電気の 2種類しかありません。帯電した物どうしを近づけたときの動き方には、はっきりとした ルールがあります。

最重要ルール:同じ種類の電気どうしは退け合い(反発し)、 ちがう種類の電気どうしは引き合う

同種は退け合う異種は引き合う+

🔬 帯電のしくみ — 動くのは「−のつぶ」だけ

すべての物は、目に見えないとても小さなつぶ(原子)が集まってできています。 その中には、−の電気を持つとても小さいつぶが、つぶ(原子)の外側の方にふくまれています。 2つの物をこすり合わせると、この−のつぶだけが、一方の物からもう一方の物へ移動します。 +の電気を持つ部分は物の中にとどまったままで、動きません。

−のつぶを受け取った方は−の電気が多くなるので−に帯電し、 −のつぶを渡した(失った)方は+の電気の方が多くなるので+に帯電します。 こすり合わせる前は+と−の量がつり合っていたので、電気を帯びていないように見えていたのです。

📝 このセクションのまとめ

  • 2つの物をこすり合わせると電気を帯びる現象を帯電という
  • 電気には+の電気−の電気の2種類だけがある
  • 同種は退け合い、異種は引き合う
  • 帯電のしくみは、−のつぶ(電子)だけが移動すること。+の電気を持つ部分は動かない

帯電列を使いこなそう

📏 どちらが+になり、どちらが−になるかは組み合わせで決まる

2つの物をこすり合わせたとき、「必ずこの物質は+になる」と決まっているわけではありません。 物質には、+の電気を帯びやすいもの−の電気を帯びやすいものの おおまかな順番があり、これを帯電列といいます。2つの物をこすり合わせたとき、 帯電列で+よりに位置する物が+に−よりに位置する物が−に帯電します。

帯電列(かんたん版)+になりやすいガラス髪の毛(毛皮)ゴムポリエチレンポリ塩化ビニル−になりやすいこの列の中の2つの物をこすり合わせると、左よりの物が+、右よりの物が−に帯電する

🎒 身近な組み合わせで確認しよう

下じきと髪の毛をこすり合わせる場合、髪の毛(毛皮のなかま)は帯電列の+よりに、 プラスチック製の下じき(ポリ塩化ビニルなど)は−よりに位置します。そのため、 こすり合わせると髪の毛が+に、下じきが−に帯電します。

ストローとティッシュペーパーをこすり合わせる場合も同じ考え方です。ティッシュ(紙のなかま)は 帯電列で+よりに、ストロー(プラスチック)は−よりに位置するため、 ティッシュが+に、ストローが−に帯電します。

帯電列の使い方:2つの物をこすり合わせたとき、帯電列で+よりにある方が+に、 −よりにある方が−に帯電する。「どちらが絶対に+」ではなく、組み合わせた相手との位置関係で決まる。

⚠️ 間違えやすいポイント

  • 帯電列の+/−は絶対的な性質ではなく、相手との相対的な位置関係で決まる。同じプラスチックのものでも、こする相手によって、より+側に見えることもある。
  • まさつによって新しく電気が生まれるわけではない。もともと物の中にあった+と−の電気の量のバランスが、電子の移動によってくずれるだけである。
  • ガラス棒を絹(きぬ)の布でこすると、ガラス棒は+に帯電する(ガラスの方が帯電列で+よりにあるため)。下じきの実験と+/−が逆になる組み合わせなので混同しないこと。

放電と電流を比較して覚えよう

💥 放電(ほうでん)— たまった電気が一気に流れ出す

冬場、金属のドアノブにさわったときに「パチッ」と音がしたり、痛みを感じたりすることがあります。 これは、体にたまっていた静電気が、指とドアノブの間のすきまを一気に飛びこえて流れ出すために起こります。 このように、たまっていた電気が一気に流れ出す現象放電といいます。

雲の中でも、氷のつぶどうしがこすれ合うことで雲全体が大きく帯電することがあります。 たまった電気が雲と地面(または別の雲)との間で一気に流れ出すと、大きな光と音をともなう かみなり(雷)になります。かみなりは、身の回りの放電をとても大きくしたものと考えることができます。

放電の定義:たまっていた静電気が、空気中などを一気に飛びこえて流れ出す現象。 ドアノブでの「パチッ」もかみなりも、規模はちがうが同じしくみの現象である。

🔋 静電気と電流をくらべてみよう

電気には、物の表面などにたまったまま動かない静電気と、 導線(どうせん)を通って流れ続ける電流があります。放電は、 たまっていた静電気が一気に流れ出す、いわば一瞬だけの電流と考えることができます。 回路を流れる電流のくわしいしくみは「回路と電流」のトピックであつかいます。

項目静電気電流
電気の状態物の表面などにたまっている導線の中を流れ続けている
生まれ方まさつ(こすり合わせ)で発生電池などの電源につないだ回路で発生
身近な例下じきのパチパチ、かみなり豆電球を光らせる、モーターを回す
一瞬だけ流れる場合放電(ほうでん)のとき

🌬️ なぜ冬に静電気が起きやすいのか

冬になると、ドアノブや金属にふれたときに静電気を強く感じることが多くなります。これは、 冬の空気が乾燥している(しめり気が少ない)ためです。空気中に水分が多いと、 体にたまった電気が水分を伝って少しずつ地面や空気中へ逃げていくので、静電気がたまりにくくなります。 しかし空気が乾燥していると電気が逃げる道が少なくなり、たまった電気がそのまま体に残りやすくなります。 夏に静電気をあまり感じないのは、湿度が高く電気が自然に逃げやすいからです。

🧴 身近な対策

部屋を加湿する空気中の水分を増やし、電気を逃がしやすくする
静電気防止スプレー衣類などにかけて電気をためにくくする
金属をはさんで触れる鍵の先で放電が起こるため、皮ふに火花が当たらず痛みを感じにくい

🎯 入試頻出(ひんしゅつ)Q&A

Q. ドアノブにさわったときに「パチッ」となるのはなぜ?

A. 体にたまっていた静電気が、指とドアノブの間を一気に飛びこえて流れ出す放電が起きるため。

Q. かみなり(雷)と身近な静電気のパチッは、しくみとしてどんな関係がある?

A. どちらも放電という同じしくみで起こる現象。かみなりは雲にたまった非常に大量の静電気が一気に流れ出す、規模の大きな放電である。

Q. 静電気と電流のちがいを一言で説明すると?

A. 静電気はたまったまま動かない電気、電流は導線を流れ続ける電気。放電は静電気が一瞬だけ電流のように流れ出したものといえる。

Q. 冬に静電気を強く感じやすいのはなぜ?

A. 冬は空気が乾燥していて、たまった電気が水分を伝って逃げにくいから。湿度が高い夏は電気が自然に逃げやすく、静電気を感じにくい。

実験で確かめよう

🧪 実験:まさつで帯電させて動きを観察する

静電気の実験は、道具の組み合わせと「同種は退け合う・異種は引き合う」というルールを あてはめて考えると、結果を正しく予想できます。

例題 1:下じきと髪の毛の実験

かわいた髪の毛に、プラスチックの下じきを10回ほどこすりつけたあと、下じきを髪の毛から ゆっくり遠ざけていきました。
(1) このとき、髪の毛はどのような動きをしますか。
(2) その理由を説明しなさい。

髪の毛(+に帯電)下じき(−に帯電)引き合う

考え方

  1. まさつによって、下じきとかみの毛の両方が帯電する
  2. 帯電列の上で下じき(プラスチック)は−よりに、髪の毛は+よりに位置するため、下じきはに、髪の毛は+に帯電する
  3. (1) 髪の毛は下じきの方に向かって逆立つように引き寄せられる
  4. (2) 下じきと髪の毛がちがう種類(異種)の電気に帯電しており、異種の電気どうしは引き合うため
例題 2:ストロー2本とティッシュの実験

2本のストローを、それぞれ別のティッシュペーパーで同じ回数だけこすりました。 一方のストローを軽く回転できるように置き、そこにもう一方のストローを近づけると、 置いてあったストローは遠ざかるように動きました。次に、こすったあとのティッシュペーパーを 同じストローに近づけると、今度はストローがティッシュに引き寄せられました。
(1) ストローどうしが遠ざかったのはなぜですか。
(2) ストローとティッシュが引き寄せ合ったのはなぜですか。

ストローどうし → 退け合う同種なので退け合うストローとティッシュ → 引き合う+ティッシュ異種なので引き合う

考え方

  1. 2本のストローは同じ物質どうしを同じティッシュでこすっているので、どちらも同じ符号(−)に帯電する
  2. (1) 同じ種類(同種)の電気どうしは退け合うため、ストローどうしは遠ざかる
  3. ストロー(−)とティッシュ(+)はちがう符号に帯電している
  4. (2) ちがう種類(異種)の電気どうしは引き合うため、ストローとティッシュは引き寄せ合う
例題 3:放電を観察する

空気がかわいた冬の日、セーターをぬいだ直後に金属のドアノブに手をのばしたところ、 指先とドアノブの間で小さな光とともに「パチッ」という音が鳴りました。
(1) この現象を何といいますか。
(2) 部屋を加湿器で十分にしめらせておくと、この現象は起きにくくなります。その理由を説明しなさい。
(3) この現象をとても大きくしたものが自然界で見られます。何という現象ですか。

指先ドアノブ(金属)パチッ!(放電)たまった静電気が一気に流れ出す

考え方

  1. (1) たまっていた静電気が一気に流れ出す現象なので放電
  2. 加湿すると空気中の水分が増え、体にたまった静電気は水分を伝って少しずつ地面などへ逃げていく
  3. (2) 加湿によって電気が逃げやすくなり、体に静電気がたまりにくくなるため、放電が起きにくくなる
  4. (3) 雲にたまった静電気が引き起こす大規模な放電であるかみなり(雷)

📝 実験からわかることのまとめ

  • 結果を予想するときは、まずそれぞれの物が何に帯電するか(帯電列で考える)を決める
  • 次に、同種は退け合い、異種は引き合うのルールをあてはめる
  • 放電は、たまった静電気がまとめて流れ出す現象。ドアノブのパチッもかみなりも同じしくみ
  • 空気がかわいている(湿度が低い)と静電気が逃げにくく、放電が起きやすくなる
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2つの物をこすり合わせることで、物が電気を帯びる現象を何という?