箔検電器

箔検電器

箔検電器の原理

静電誘導現象を用いると、物体の帯電の正負やその程度を調べることができます。そのための装置が箔検電器(はく検電器)です。

上部の金属板に帯電体を近づけると静電誘導が起こり、『静電誘導』項で説明したように、帯電体に近い金属板には(帯電体とは)異種の電荷が、遠い金属箔には同種の電荷が現れます。箔は開いたり閉じたりすることができるものなのですが、箔同士は同種の電荷に帯電するので反発し合って開きます。上から近づける帯電体の電気量が大きいほど、箔は大きく開き、帯電体を遠ざけると、箔は閉じます。

箔検電器の利用方法

箔検電器を正または負に帯電させる方法

  1. 用意した帯電体が正に帯電していて、箔検電器を正に帯電させたいとき
  2. 用意した帯電体が負に帯電していて、箔検電器を負に帯電させたいとき
  3. 用意した帯電体が正に帯電していて、箔検電器を負に帯電させたいとき
  4. 用意した帯電体が負に帯電していて、箔検電器を正に帯電させたいとき

a.の場合は、帯電体を金属板にこすりつけてしまいます。

b.の場合も同様です。

c.の場合は、帯電体を金属板に近づけたあと、金属板をアースします(あるいは、金属板をアースしながら帯電体を金属板に近づけます)。アースとは、電荷を逃がして追いやることです。アースは地球の Earth からきています。金属板に手を触れることにより、電荷を手から胴体、足を伝わって地球に逃がしてやるのです。地球はあまりにも大きいので電荷をいくらでも吸収します。アースすることを「接地する」ともいいます。記号で書くと  です。

アースすると金属箔に電荷が無くなり、金属箔は閉じます。金属板をアースしている最中も、金属板の負電荷は帯電体の正電荷に引きつけられて動きません。帯電体と手を遠ざけると負電荷は、箔検電器全体に広がり、再び金属箔が開きます。こうして箔検電器を負に帯電させることができます。

d.の場合もこれと同様です。

帯電体の電気の種類(正なのか負なのか)の判定方法

近づけていく帯電体の電気の種類が分からないとき、それを判別する方法を説明します。

まず、箔検電器を帯電させます。上の方法で正か負に帯電させます。帯電させるので箔は始めは開いています。

たとえば、負に帯電させたとして説明します(正に帯電させても逆転して考えればいいので同じことです) 。

始めに開いていた金属箔がさらに大きく開いたとすると、それは金属板上の負電荷が下に追いやられて、金属箔が大きく開いたのです。金属板上の負電荷が下に追いやられたということは、近づいてきた帯電体も負に帯電していたということです。

逆に、始めに開いていた金属箔が閉じたとすると、それは金属箔の負電荷が上に引き寄せられて、金属箔の電荷が無くなって金属箔が閉じたということです。上に引き寄せられたということは、近づいてきた帯電体が正に帯電していたということです。

箔検電器が帯電しているときのその電気の種類(正なのか負なのか)の判定方法

近づけていく帯電体が負に帯電しているとします(正に帯電していても逆転して考えればいいので同じことです)。

少し開いていた金属箔が大きく開いた場合、電荷?が下に追いやられたということだから、電荷?は近づいてきた帯電体と同じ負電荷ということになります。つまり最初は、箔検電器は負に帯電していたということです。

少し開いていた金属箔がいったん閉じてから開いた場合、電荷?が上に引きつけられて、金属箔の電荷が無くなって金属箔が閉じて、その後、電荷?と逆の電荷が降りてきて、金属箔が開いたということだから、電荷?は近づいてきた帯電体と逆の正電荷ということになります。つまり最初は、箔検電器は正に帯電していたということです。

電荷が動く様子

正電荷』項、『静電誘導』項のように電荷が動く様子をアニメーションで説明すると以下のようになります。

金属の棒(導体)に、正に帯電した帯電体が近づくと、金属棒の一番上の原子の中の電子(負電荷)が引きつけられます。

すると次に、金属棒の一番上の正電荷になった赤い部分が二番目の原子の中の電子を引きつけます。

これが次々に起こり、金属棒の上の方は負に帯電し、下の方は正に帯電します。

このとき実際に動いたのは電子(負電荷)ですが、同時に正電荷が動いたようにも感じます。

さらに、金属棒に手を触れ、アースした場合の様子は左図のようになります。

地球から金属棒に電子(負電荷)が移動したのですが、このことは金属棒から正電荷が地球に逃げたともみなせます。(左図において、金属棒上部の2つのは、その上の帯電体と引きつけ合って動かずにいます。)

アースしたことによって地球は正に帯電することになりますが、地球の持ってる電荷は無限とみなせるので、地球の電荷は変わらないとみなせます。

このように、負電荷の動きは、正電荷の逆の動きとみなすことができます。