箔

質問

【重要問題集９３（２）より】
Ｘ→絶縁体をつけた金属板　
Ｙ→検電器の金属板　
Ｚ→箔　　　　　　　　　　とする。
●検電器を正に帯電させてＺを開かせておく。
帯電していないＸをＹの真上からＸとＹが平行になるようにして十分に近づける。
○正に帯電しているのでＸの下側に負、上側に正の電荷が生じる
Ｘの下側の負電荷に反発して箔検電器内の電子がＺに移動し、Ｚは電気的中性となり閉じる。
→検電器が正に帯電しているのに検電器内の電子が移動するとはどういうことなのでしょうか？
正の電荷に完全に帯電する事はないのでしょうか。だとしても、箔が中性になるくらい電子が残ってるとは限らないのではないでしょうか。。

●次にＸを指で触れて接地した。
○ Ｘの電位は接地することによって０
●また、指を離した後にＸとＹを遠ざけた
○上側の正の電荷にひかれて接地することによって電子が入り込むので負に帯電。
→接地すると電子が増えるに電位が０なのはなぜなのでしょうか？

回答No.1

tonsaku · ベストアンサー

>検電器が正に帯電しているのに検電器内の電子が移動するとはどういうことなのでしょうか？
正の電荷に完全に帯電する事はないのでしょうか。

「完全に正の電荷に帯電」とはおそらく負電荷＝電子が全くない状態をイメージされているのだと思いますが、それはありえません。
物理をやっているということは化学もやっていると思いますが、金属結合を思い出してください。陽子の間に自由電子が存在するおかげで陽子が反発せずに「金属」として存在できるわけです。

「正・負に帯電」とは、イメージとしては次のようなことです。

帯電していない金属の正電荷を100、負電荷を100としましょう。このときはもちろん電気的に中性です。Ｘが始めこの状態ですね。

一方、箔検電器のはじめの状態は正に帯電していますね。これは、あらかじめ電子を逃がしてあって、正電荷100,負電荷90くらいになっていると考えられます。（あくまでイメージであり電荷の比は適当ですが・・・）
ここで、Ｙ・Ｚにはともに正電荷50,負電荷45ずつあるとします。

よってＸを近づけると、Ｘの上部は正50,負40、下部が正50,負60となり、Ｙの中の負電荷＝電子が反発してＺに移動し、Ｙは正50,負40、Ｚは正50,負50となり、Ｚが中性となって箔は閉じます。

この場合はうまいことＺが中性になりましたが、もともとの電荷比が違っても“十分に”近づけることによって中性にすることができるでしょう。

ちなみに、電荷の変化を考えていますが、厳密には上記のように「電子」が移動していることも頭においておいてください。

>接地すると電子が増えるに電位が０なのはなぜなのでしょうか？
接地すると電位は０です。“電位”であり“電荷”ではありません。

お礼

なるほど。
詳しい解説ありがとうございました！