
なぜくっつく?静電気力(クーロン力)を理系ライターがわかりやすく解説
静電気でくっつく理由
静電気で物体同士がくっつく理由は電荷が偏って存在し、それらが引っ張り合う(静電気力が働く)から。静電気は電荷が偏ったまま移動できなくなる「絶縁体」に発生。静電気力の大きさは、電荷の大きさが大きいほど、電荷同士が近いほど大きくなります。
毛皮にやたらゴミが付く、発泡スチロールのカケラが手から離れない、下敷きで頭をこすると髪の毛がくっつく。これらは静電気の影響で起きる現象。
さて、静電気ってそもそも何でしょう?そしてなぜくっついてしまうのか?「電気」というとピンと来やすいが「静電気」は意外と見落としがちな内容です。理系ライターのR175と解説していきます。
ライター/R175
関西のとある国立大の理系出身。学生時代は物理が得意で理科の高校理科の教員免許も持っている。エンジニアの経験があり、教科書の内容に終わらず実際の現象と関連付けて説明するの得意。
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普通の電気(動電気という呼び方もあるらしい)と静電気の大きな違いは、「電気が流れ続けているかどうか」という点。以下、この記事では動電気のことをイメージしやすいように「普通の電気」と称しますが、正式な用語ではないのでテストで解答したり人に説明したりするときは注意してくださいね。
普通の電気は金属など、「電気を流しやすい物体=導電体」で見られます。導電体は分子構造上電荷が移動しやすくなっているもの。移動している電荷がいわゆる「普通の電気」です。
一方、
静電気は絶縁体の摩擦などで発生することはよく知られています。どういうメカニズムで発生するのか見ていきましょう。
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+ か -、2つに1つ。+
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ところが、
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電荷の偏りによって起きるクーロン力(静電気力)の大きさは何で決まるのか?
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静電気力に関係する要素。1つ目は対象となっている2つの電荷の掛け算。
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例えば、イラストのように+に帯電した物体Aを導電体Bに近づけたとしましょう。導電体Bの-電荷たちは物体Aの方に近づいていきたいのはやまやま。ところが、導電体Bの-電荷全てが物体Aの方に偏って存在することはできません。そもそも、導電体Bの-電荷同士が反発しあうためです。
+電荷ばかりor-電荷ばかりが偏って存在できるのは絶縁体の場合だけ。導電体だと、物体内で電荷移動が出来てしまうため、互いに反発しあう「同種の電荷」だけで集まるのは不可能です。
上述の式では静電気力の向きも反映されています。電荷q1, q2がどちらも+またはどちらも-なら、その掛け算q1q2は正の値を取りますね。つまり静電気力の符号が正なら斥力、負なら引力ということ。
静電気力に影響する要素2つ目は電荷同士の距離。当然近づいているほど静電気力は大きく、遠いほど小さくなるもの。種々の実験結果から、静電気力の大きさはほぼ距離の2乗に反比例(ちょっとややこしい)することが分かっています。距離を2倍にしたら静電気力は4分の1になる計算です。
上述の公式は電荷に関するクーロンの法則でまとめられているもの。似たような形の式として万有引力の式がありますね。分母が距離の2乗で分子が各要素のパラメータ。万有引力なら質量で、静電気力なら電荷。
面白いのは、これらの式が実験に基づく結果であること。何かの定理から導出したわけではないのです。つまり、公式は丸暗記するしかないですね残念ながら。
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静電気で物体同士がくっつく理由は電荷が偏って存在し、それらが引っ張り合う(静電気力が働く)から。静電気は電荷が偏ったまま移動できなくなる「絶縁体」に発生。静電気力の大きさは、電荷の大きさが大きいほど、電荷同士が近いほど大きくなります。
静電気で物体同士がくっつく理由は電荷が偏って存在し、それらが引っ張り合う(静電気力が働く)から。静電気は電荷が偏ったまま移動できなくなる「絶縁体」に発生。静電気力の大きさは、電荷の大きさが大きいほど、電荷同士が近いほど大きくなります。