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静的とは何ですか?

数ブラウズ:0     著者:サイトエディタ     公開された: 2017-09-07      起源:パワード

静的がどのように生成されるか


電気的に中性の異なる材料で作られた2つの物体が接触して分離すると、静電気が発生します。

1)オブジェクトAとオブジェクトB間の接触

電気的に中性の物体AおよびB(正電荷と負電荷の量が等しい)

2)料金振替

金属同士が接触すると、電子は仕事関数の小さい電子から仕事関数の大きい電子に移動します。つまり、仕事関数が小さい金属は正に帯電し、仕事関数が大きい金属は負に帯電します。

3)オブジェクトAとBの分離

被験者Aは負に帯電し、被験者Bは正に帯電します。

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図1.接触充電による静電気



2つのオブジェクトが接触してから分離すると、それらは静的になります。これら2つのオブジェクトの組み合わせは、固体と固体、固体と液体、または液体と液体です。図2に例を示します。


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図2.静的生成の例



上記のすべての現象には、2つのオブジェクト間の接触と分離が含まれます。

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図3.充電の例


摩擦電気シーケンス内の2つのオブジェクト間の摩擦により、シーケンスの上位のオブジェクトは正に帯電し、下位のオブジェクトは負に帯電します。近くにある物体(B)と近くにある物体(A)と互いに遠くにある物体(C)の間の摩擦も、大量の静電気を生成します。摩擦電気シリーズには導体が含まれており、導体間の摩擦によって絶縁中に静電気が発生する可能性があることにも注意してください。その結果、導体が充電されます。

充電中


図4に示すように、物体が静電的に帯電すると、帯電した物体の周囲に電界が発生します。

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図4.帯電した物体の周囲に発生する電界

電界は、電荷がその力(クーロン力)を誘発する空間です。時間や空間によって変化しない電界を静電界と呼びます。ある点を通過する単位面積あたりの力線の数(線密度)は電界の強さを表し、その点での力線の接線方向は電界の方向を表します。電力線にも以下の特徴があります。

  1. 正の電荷で始まり、負の電荷で終わります

  2. 線が交差しない

  3. 分岐しないでください

  4. 電力線が密集しているときの強い電界

  5. 電力線が平行な場合、電界は均一です

  6. 導体の表面から垂直に出る(入る)

図5は、2つの帯電したオブジェクト間に形成された電力線の例を示しています。

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(A)異なる電気極性を持つオブジェクト間の電気力線


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(B)同じ極性のオブジェクト間の電線


図5.2つの帯電した物体の間に形成された電線


力の線は、電界を視覚化するために使用される仮想線です。それらの使用は、2つの帯電したオブジェクト間に形成された電界の状態を示すため、実際には見えない静的な状態を簡単に表現できます。たとえば、図6は、電荷量が異なる2つのオブジェクト間の電力線を示しています。この図は、オブジェクトAの充電量Q1がオブジェクトBの充電量Q2よりも小さい場合に適した電力線を示しています。帯電する2つの物体のサイズが同じであるため、帯電物体Aの単位面積あたりの力線の線径は帯電物体Bの単位面積あたりの線の線径よりも小さく、電界E2はE1よりも強くなります。


E1:導体表面の電界強度

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電力線密度:低→弱い電界


帯電した導電性ボールA


E2:導体表面の電界強度

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電力線密度:高→強電界


帯電した導電性ボールB


図6.電荷量が異なる2つの帯電導体からの電力線

静電力(クーロン力)とは?


静電力(クーロン力)は静電現象の原因です。図7に示すように、2つの帯電したオブジェクト間の力の方向は、オブジェクトの極性が異なるか同じ極性であるかによって異なります。静電力は、極性が異なる場合の引力(a)と、2つの物体の極性が同じ場合の反発力(b)です。

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(A)電気的極性が異なる物体間の力


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(B)同じ極性のオブジェクト間の力


図7.2つの帯電した物体間の静電力


式(1)に示すように、静電力(クーロン力)の強さは、帯電した2つの物体の電荷の積に比例し、2つの物体間の距離の2乗に反比例します。

FQ1・Q2 /r2·············(1)

静電誘導は静電力によっても引き起こされます
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図8.静電力による静電誘導

静電放電は静電力(クーロン力)によっても引き起こされます

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図9.静電力による静電放電

帯電した物体の周りの電界により、その中の負のイオン(電子)が静電力(クーロン力)によって加速され、それによって運動エネルギー(wv)が得られます。これらの負イオンが電界内のガス分子に当たると、次の式が成り立ちます。

ガス分子のイオン化エネルギー<負イオンの運動エネルギー(wv)(2)

電子はガス分子から飛び出し、それによって負と正のイオンを生成します。得られた負イオンが静電力を受けると、ガス分子がイオン化され、負イオンは、上記の式(2)で表される条件を満たす運動エネルギーで電界中で加速される。このプロセスを繰り返すと、静電放電が発生します。

導体の電荷分布も静電力(クーロン力)の影響を受けます


1)中性導体に供給された電荷は、導体の表面に分配されます。言い換えれば、与えられた電荷は導体の内部には存在しません。
図10に示すように、導体に4つの負の電荷が与えられ、それによって導体が負に帯電するとします。導体(a)の内部に4つの電荷が存在する場合、静電力(反発力)が作用し、導体の表面にそれらを強制的に分散させます。

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2)前節で述べたように、中性導体に与えられた電荷は導体の表面に分配されます。これらの電荷は、表面が等電位になるように分配されます。言い換えれば、与えられた電荷は導体の内部には存在しません。導体上の電荷の分布により、表面が等電位になるはずです。

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導体表面に電位分布(a)がある場合、表面に沿って電位勾配(電界Ex)が発生します。 Exは、導体の表面の電荷を表面に沿って電位の低い部品に移動し、それによって部品の電位を上げます。この電荷の動きは、表面が等電位になるまで続きます。
その結果、導体表面から出てくる(in)電界は表面(b)に垂直になります。

(B)導体表面が等電位になるように分布した電荷electric_learn15.gif



(B)導体表面が等電位になるように分布した電荷

図11.電荷は、表面が等電位になるように導体の表面に分配されます。

静電気による問題の例

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