電荷と電位の関係

質問

帯電していない金属板を、正に帯電した箔検電器に近づけ、その状態で指を触れると金属板の電位は０になります。ですが、この後指を離したあとに箔検電器から金属板を遠ざけると、金属板は負に帯電します。
この、負に帯電しているのに電位が０という状態の意味がよくわかりません。負に帯電していたら電位は負になりますし、電位が０であれば電荷は０だと思うのですが。

回答No.1

el156 · ベストアンサー

指で触った場所での金属板の電位はゼロですが、金属板を検電器から遠ざけると、電位は下がって行きます。
指で触った場所では、金属板は「負に帯電していて電位はゼロ」
検電器から遠ざけた場所では、金属板は「負に帯電していて電位は負」です。
電荷はどこかへ流れて行かない限り変わりませんが、電荷が同じでも場所が違えば電位は違います。例えば同じ正の電荷でも0V(大地の電位)に近い場所にあれば電位は低く、0Vから遠ければ電位は高くなります。
指で触るという行為は、そこの場所で金属板の電位が0Vとなるように金属板の電荷の量を調整する行為だと考えてみてください。

回答No.3

el156

No.1の回答に説明不足があったかもしれないので補足させて頂きますが、「金属板」は導体と考えるべきですから、全体が同電位です。金属板の中で電荷は自由に動くことができ、指で触ってから以降、金属板が「その場所にある限り」は、その金属板全体が0Vです。この時近くに正の電荷があるので、金属板が0Vとなる為には金属板全体として電荷が負となっていなくてはなりません。
これがもし金属板ではなく誘電体だったとしたら、検電器に近い方と遠い方とでは異なる電位となります。

回答No.2

delli7

１．最初に帯電していない金属板は、正に帯電した箔検電器に近づけると、
金属板内の電子は箔検電器に近い方に引き寄せられ、箔検電器に近い側が負に、
逆に遠い方は電子が足りなくなり正に帯電します。
（このとき、金属板全体の電荷の合計は０のままです）

２．さてここで金属板に指を触れると、箔検電器に近い側の負の電荷は、
箔検電器の正の電荷と引き合っているので変化しませんが、
遠い方の正の電荷は人体に流れていってしまいます。
このとき金属板の電位は０になると言っているのは、正に帯電していた遠い部分が
０になっただけで、箔検電器に近い部分は負に帯電したままです。
（このとき、金属板全体の電荷の合計はマイナスです）

３．この後指を離したあとに箔検電器から金属板を遠ざけると、
箔検電器に近い部分に集まっていた電子は、金属板全体に広がります。
「金属板は負に帯電します。」とありますが、負に帯電したのは２．のタイミングであって、
ここでは、余分な電子が、金属板全体に広がっただけです。