18世紀、イギリスの科学者ジョン・カントンとスウェーデンのジョン・カール・ウィッケ教授が静電誘導現象を発見しました。
帯電した物体を帯電していない物体に近づけると、帯電していない物体の近くの表面に等しい反対の電荷が誘導されます。この現象は静電誘導と呼ばれます。
帯電した物体の周囲には静電場があり、帯電していない物体を帯電した物体に近づけると、帯電していない物体の表面に存在する電荷と静電場が相互作用し、反対の電荷を引き寄せて同じ電荷を反発させます。
この現象により、帯電していない物体に直接触れなくても帯電することができました。
帯電していない物体に電荷が誘導されると、物体の正味の電荷はゼロになります。体は電荷を失ったり得たりしていないので、電荷は近くの電荷との相互作用により再分配されています.
静電誘導の例
- 荷電球と非荷電球の間の静電誘導
導電球に正の電荷を与え、それを帯電していない導電球に近づけると、表面近くに同じ大きさの負の電荷が誘起されます。そして、帯電していない球体の離れた表面に正電荷が誘導されます。
- ガラス棒と検電器の間の静電誘導
帯電したガラス棒を検電器の金属板に近づけると、金属板の電荷が再分配されます。これにより、金属プレートが発散します。
誘導電荷の式
物体を Q で帯電させてから、帯電していない物体に近づけるとします。次に、帯電していない物体 (q など) に電荷が誘導され、q は次のように Q に関連付けられます。
q =Q (K-1)/K
ここで、K=媒体の誘電率
静電誘導の応用
- バン デ グラーフ ジェネレーター
Van de Graaff ジェネレーターは、静電気の原理で動作します。
この発電機は、10⁶ V オーダーの高電圧を生成するために使用されます。
そのコンポーネントは、金属製の櫛、モーター駆動のプーリー、絶縁ベルト、および金属球で構成されています。
モーターによって動かされ続ける絶縁ベルトは、接地された金属櫛から金属球に電荷を運びます。このため、電荷は金属球に蓄積され続け、10⁶ V のオーダーの電圧が得られます。
-
コンデンサ
コンデンサでは、一方のプレートがより高い電位に保たれ、電荷が蓄積されます。誘導により、等しい電荷と反対の電荷がもう一方のプレートに誘導され、より低い電位に保たれます。コンデンサは、回路を流れる電気の流れを一定に保つために使用されます。
-
ゼログラフィー
ゼログラフィーは、静電気の原理に基づいたドライコピー方式です。そのコンポーネントは、ランプ、アルミニウム シリンダー、セレン、トナー、コロナ ワイヤー、加熱ローラーで構成されています。
ランプからの光が撮影する紙に当たると、紙は光をアルミシリンダーに向かって反射します。アルミニウムの円筒は光導電体であるセレンシートで覆われているため、光を吸収して導電体として機能します。次に、コロナ ワイヤによってシリンダー上に正電荷が追加され、ドキュメントの帯電したイメージがシリンダー上に形成されます。ここで、セレン シートからの電子を含むトナーが、ドラム上の正に帯電した画像に付着します。次に、正電荷を持つページがシリンダーを通過し、加熱されたローラーがトナーを溶かし、インクが紙に付着します。
-
タンデム アクセラレータ
タンデム加速器は、陽子のような正に帯電した粒子の運動エネルギーを増加させるために使用されます。タンデム加速器では、より高い電位で負イオンが生成されます。 Van de Graaff ジェネレーターでは、より高い電位で陽イオンが生成されます。
タンデム加速器の第 2 段階では、電子が剥ぎ取られ、負電荷が正電荷に変換されます。そして、正電荷は接地電位まで加速されます。
結論
- 帯電した物体を帯電していない物体に近づけることにより、帯電していない物体の近くの表面に等しく反対の電荷が誘導されます。この現象は静電誘導と呼ばれます。
- 静電誘導の間、正味の電荷は物体上でゼロのままです。つまり、電気的に中性のままです。ある物体から別の物体への電荷の移動はないため、近くの電荷の影響により、電荷が再分配されているだけです。
- 静電誘導の用途には次のものがあります。
- ゼログラフィーで使用されるセレン シートは感光体です。光が当たると導体として機能しますが、暗闇では絶縁体として機能します。
