静電気は糸を伝って逃げていかないのか？

質問

高校物理の静電気の問題で、金属球を帯電させて、糸で天井につるしてある
問題があります。このとき電荷は糸を伝って天井に逃げないのでしょうか？

また、糸を手でもって金属球をぶら下げたとき、電荷は手に逃げないのでしょうか？

あと、糸の種類として絹糸やナイロン糸などが出てきますが、これらの材質は
電気を通しにくい性質があるから使われているのですか？

エボナイト棒も帯電させた状態で手でもっても、電荷は手に逃げていかないかと思いますが
どうしてでしょうか？

よろしくお願いいたします。

回答No.4

Nebusoku3 · ベストアンサー

物質は電気的に、(1)導体　(2)半導体　(3)絶縁体　と分けることができます。
実はすべての物質には固有の　「抵抗値」　があり　その抵抗値の大きさで　上の３種類に便宜上分けられますがその境界点あたりで明確な違いがあるわけではありません。

同じ物質が、ある用途では　導体　だがある用途では　絶縁体　として使えると言うものもあります。
絹糸やナイロン糸、エボナイト棒、更に空気は　大きなカテゴリで言えば　絶縁体に属します。

乾燥した空気の電気絶縁耐力はおよそ　３KV/mm　程度ですが空気が湿度を持ってくるとレベルが落ちます。　湿度が高くなると空気はもとより、　絶縁体であるはずの　絹糸やナイロン糸、エボナイト棒　の表面　にも湿気を帯びて　帯電部分と　持った手の間の　「沿面距離」（曲線が合った場合、面の形状に沿ったお互いの最短距離）　電気耐力　を超え　徐々（湿度によっては急激）に　除電が始まります。

つるしている糸でも本来は絶縁体ですが、吸湿　によって合成された抵抗値は　下がり、電荷は逃げていきます。
実験をした日が晴天、曇天、雨天、降雪。。。などによっても異なりますが、実験している短い間の現象はあるいは気にならない程度かも知れません。　手で触れた部分の電荷は消失します。（正確には体と電荷を”分けた”　と言うのでしょうか。体が地面から絶縁状態では体の方にも分かれエボナイトにも残ります。）

しかし、質問者さんのされた実験でも、静電気は発生したその瞬間から　　「消失」　へ向かっているのです。　もちろん、天井からも逃げて行きます。（湿度しだいでその速度は変化します。　実験に温度や湿度、時には天候、時間を記述するのは、　まれに期待される結果が出なかった時の考察、手がかりの為ですね。）
非常に正確な静電気の電荷を測定するものがあれば、その様子を観測することが出来るかもしれません。

お礼

詳しいご回答ありがとうございます。大変勉強になりました。
その他の皆さんもたくさん投稿いただき感謝しております。

回答No.5

mandegansu

＞このとき電荷は糸を伝って天井に逃げないのでしょうか？
糸は絶縁物なので電荷は糸を通れません。

＞また、糸を手でもって金属球をぶら下げたとき、電荷は手に逃げないのでしょうか？
糸を通れないので手に逃げることは出来ません。

＞あと、糸の種類として絹糸やナイロン糸などが出てきますが、これらの材質は電気を通しにくい性質があるから使われているのですか？
そうです。（絶縁物）

＞エボナイト棒も帯電させた状態で手でもっても、電荷は手に逃げていかないかと思いますがどうしてでしょうか？
エボナイト棒は絶縁物なので帯電しているだけで移動出来る電荷はありません。

回答No.3

tadys

＞このとき電荷は糸を伝って天井に逃げないのでしょうか？
逃げたら実験になりませんから、逃げないような糸を選んで使用するのです。

＞糸を手でもって金属球をぶら下げたとき、電荷は手に逃げないのでしょうか？
逃げないような糸を使用するのですから、手で持っても逃げません。

＞これらの材質は電気を通しにくい性質があるから使われているのですか？
電気を通しにくい（ほとんど通さない）物質を「絶縁体」と呼びます。

＞エボナイト棒も帯電させた状態で手でもっても、電荷は手に逃げていかないかと思いますが
どうしてでしょうか？
エボナイトは絶縁体なので電荷は逃げません。
絶縁体と言っても、完全に電気が流れないわけではないので長時間になれば逃げてしまいます。

なぜ、金属には電気が流れて絶縁体には電気が流れないのかと言うと、
金属中の電子には自由に動く事が出来るものが有るのに対して、絶縁体中の電子には動く事が出来るものがほとんどないからです。
こちらを参考にしてください。
http://hooktail.sub.jp/solid/differenceOfResistance/
これを正しく理解するには「量子力学」を勉強する必要が有ります。

回答No.2

noname#195146

これには電流の流れにくさである電気抵抗の大きさが関係します。電気抵抗の大きさは、「絹糸・ナイロン糸＞人体＞金属」となっています。

　もう少し詳しくみると、金属には容易に電流が流れます。金属内を金属原子が持っている電子がほぼ自由に移動でき（自由電子と呼ばれる）、それが電流となれるからです。

　人体は金属より電気抵抗が大きいですが、塩分などを含んだ水分が多く、そうした電子の代りに陰イオン・陽イオンが電気を伝えることができるため、ある程度電気は流れやすくなっています。

　絹糸やナイロン糸には、自由電子も、陰イオン・陽イオンもありません。電流となれるものがないため、電気抵抗が非常に大きいです。

　物理現象、この場合は電流、つまり電気の流れですが、電気は溜まりやすいところに溜まろうとします。もし電気があるところから、ないところへ、流れやすい道ができると、たちどころに電流として流れて行きます。ボールを坂道の置けば下へ下へと転がって行くのと似ています。

　金属球を絹糸で吊るし、金属球を帯電させても、電子は絹より金属のほうがはるかに溜まりやすいです。流れやすさは溜まりやすさになるからです。ごくわずかに糸に電気が出て行くかもしれませんが、大半の電気は金属球に留まります。

　エボナイトは擦ると静電気が溜まりやすいのですが（実はなぜかが未だによく分かっていない）絶縁体です。人体は金属よりは電気抵抗が大きいですが、エボナイトよりははるかに電気抵抗が小さく、電気が流れやすいです。ですので、素手で持っているなら、持っている部分の電気は人体に逃げます。

　しかし、エボナイトの中を電気（この場合は電子）が流れることはできません。手で持っていない部分に帯電した電気は、手で持っている部分のエボナイトへは移動できません。そのため、手で持っていない部分のエボナイトに溜まった電気は、そこに留まり続けます。

　もし帯電した金属球に人間が手を触れれば、人体は金属ほどではないけど、絹糸に比べればかなり電気を流しやすいため、金属から人間にある程度は電気が移動します。いきなり触れるとショックを受けることもあるでしょう。

　もし人体のほうが帯電していたら、大地にアースされているような金属に触れようとしたときに、一瞬でほぼすべての電気が流れ去ります。乾燥した冬に、何かに触ろうとして「バチッ」という感じのショックを受けることがあるのが、その例です。

お礼

詳しいご回答ありがとうございます。大変勉強になりました。

回答No.1

中村 拓男（@tknakamuri）

＞電荷は糸を伝って天井に逃げないのでしょうか？

糸が絶縁体でできているなら逃げません。

>エボナイト棒も帯電させた状態で手でもっても、電荷は手に逃げていかないかと思いますが

エボナイト棒は絶縁体なので、触っていないところの電荷は移動しません。