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静電気の発生理由とアースの重要性
- パイプの摩擦により帯電する現象を説明します。
- 金属パイプと樹脂パイプの違いにより帯電現象が起こる理由を解説します。
- アース接続の重要性と帯電の防止策について説明します。
- その他（電子・半導体・化学）
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この場をお借りして、vicksさんの質問へお答えします。 今でも鎖をジャラジャラ・・・については昔ながらのチェーンをつけたままにしているだけではないかと思います。そのような会社の静電気に対する認識を推測すると他に危険なことを行っているのではないかと心配になります。 車のチェーンではないですが、ある電子部品を組み立てている職場で台車にチェーンをたらし、アースとしていました。（よくある状況です）しかし接触抵抗が高すぎアースの役目は果たしていませんでした。 バンデグラフ起電機での人体帯電についてですが、人体は導体です、故に空気中の湿度と靴から電荷が漏洩したと考えます。（経路は色々考えられる）帯電させる時は絶縁板の上でやっています。 体に静電気が溜まるのは、帯電の方が電荷の漏洩より大きいからです。 人体帯電にかかわる要素は、靴と床の漏洩抵抗と湿度と人体の運動量と考えます。
興味があるのでESDさんに質問です。Mr.Booさん、横からごめんなさい。 タイヤは導体ということですが、今でもたまに鎖をジャラジャラと つけて走っている車があります。これはタイヤの導電性が 従来と変わってきたからなのでしょうか？ また、静電気を発生させる装置（よくテレビで出てくる 球形の物体です）で体を帯電させると髪の毛が 四方八方にウニのようになりますが、しばらく歩いていると 髪は元に戻り始めます。 これは徐々に体の中の電荷が空気中に失われているからだと 解釈していたのですが違うのでしょうか？ 足がアースになっているのですか？ とすると、体に静電気がたまるのはなぜなのでしょう？ 放電する速度の問題？？ サイトの趣旨とは異なる質問ですので、 お忙しいようでしたらご放念ください。
本日、回答（３）をした者です。他者の回答で気になった内容がありましたので更に付け加えます。まず、どんなものでも帯電はします。帯電を電圧として捉えると、間違った解釈になります。帯電のしやすさは相対的なものです2種類の材質によります（帯電列）。金属は電荷漏洩しやすいことと、静電容量が無限大であり電圧として捉えにくいので、帯電しにくいとの理解されがちです。一般に絶縁体は接地しても静電気（電荷）は逃げませんが、放電は空気の絶縁破壊レベル（３０～４０KV程度）以下であればありません。導体（金属）は接地で静電気は逃げます。また、タイヤは導体です。最近タンクローリーを見るとチェーンが付いていないでしょう。 安全以外の静電気問題でしたら多少の間違いはＯＫとしても、防爆に関する静電気対策は一般に知られている知識では間違いが起こりやすいと思います。図書館で『静電気ハンドブック』を参考に勉強されることをお勧めします。 樹脂製のパイプの時は接続されている金属が接地されていない為帯電して指等を接近させることで指等に向って放電したと考えます。金属製パイプにしたことで何らかの経緯で電荷漏洩がしやすくなったか、電位が低くなって放電電圧が低くなり放電現象が捉えにくくなっただけではないでしょうか。 勝手に防爆という観点で回答しますが、静電気放電による爆発、着火は放電エネルギーが可燃物質の最小着火エネルギーを上回った場合に起こります。（他に爆発限界濃度、酸素等ありますが）放電エネルギーは以下の公式で表します。Ｗ（放電エネルギー）＝１/2・Ｃ（静電容量）・Ｖ（電圧）２（二乗です）で表します。 接地していない金属は、帯電電圧では検出されにくいが、しっかりとエネルギーを蓄えています。 放電は電圧の大小だけで考えてはいけません。上記のＷを良く理解してください。尚、各単位はＷ：Ｊ（ジュール）、Ｃ：Ｆ（ファラッド）、Ｖ：Ｖ（ボルト）です。 接地されていない金属パイプは噴出する水と分離した際に水と反対の極性の帯電をします。 金属パイプがどのように設置されているかはわからない為一般論として、帯電が緩和されているなら大地へ漏洩したと考えられます。可能性としては電位が低く検出しにくい為、帯電がなくなったと勘違いしている方が高いと思います。 静電気に関して興味があるようですね。更に質問があるようでしたらお答えいたします。 電位が低くなっても電位差があれば放電はします。また、流れているのが水であれば水を経由して漏洩は考えられませんか？。静電容量が極大であれば放電が確認できないだけかもしれません。火花が見えないからエネルギーが小さいとは限りません、静電容量の影響は大きいです。また長時間噴出し続けると・・・に関しては結露等によって電荷漏洩が考えられますのでこの場ではなんともいえません。電荷の緩和量（漏洩と放電）と帯電量のバランスです。 表面が濡れてくる事で漏洩しやすくなる事もあれば、水は静電容量が大きい為、更に金属パイプの静電容量が大きくなる事も考えられます。 実際は現場を見ないとわかりません。 帯電しているかどうか、簡単に確認できる方法をお教えいたします。 薄いプラスチックフィルム（塩ビ、ポリエチ等）を１２ｃｍ×４ｃｍ程度にカットし４ｃｍ幅の方を５ｍｍ程度の幅で１０ｃｍ程度の切り込みを入れたものを用意してください。（８本の蛸の足状になったものができます）切り込みの無い方をつまんで『足』をティッシュペーパーで挟んでこするとフィルムはマイナスに帯電し、足はクーロン力で互いに反発しあいます。帯電したフィルムを金属パイプに近づけて時、パイプに引き寄せられたらパイプはプラス帯電、反発したらマイナス帯電ということになります。（切り込みの無い方を割り箸等にセロテープで簡単に固定し割りばしを持って行ってください）
金属パイプが接地されていないのであれば、Q（電荷量）＝C（静電容量）×V（電位）の式から、金属パイプが樹脂パイプを接続している金属体に比べ静電容量がはるかに大きく、電位が極小になっただけで、帯電電荷に変化はないはずです。一般に販売されている表面電位計で静電気を測定して間違った解釈をしている場合が多い例です。表面電位は静電容量で大きく変化します。また最近静電気放電が原因の爆発事故が発生しています。金属体は必ず接地が必要です。
お礼
ありがとうございます。 電気を蓄える容量が増えただけで、長時間噴射し続けると結局帯電してしまうということでしょうか。 アースは必須ということですね。
金属とプラスチックでは帯電のし易さが異なります。一般に金属は帯電 し難く、プラスチックや人毛などは帯電し易いです。 また静電気は対象物が動かないと発生しません。 パイプの中の空気が流れて動くので帯電します。 人が触ってパチッと音がするのが放電です。 また帯電はプラスに帯電するものとマイナスに帯電するものがあります。 プラスチックは多くはマイナスに帯電しますね。
お礼
ありがとうございます。 帯電とう現象自体がしにくくなったということですね。
空気中への放電が起きているんでしょうね。 樹脂の先端に金属があるので金属から静電気が逃げないような 気がすると思いますが、人間だって帯電した後 ゴム靴を履いてしばらく歩いたりすれば 空気中に放電します。 車は金属で出来ています。当然静電気はたまりません。 しかし地面と接触しているのは不導体のタイヤです。 多分そういうことだと思いますよ。 電気専門家の方がみたらとんでもない回答だともいますが、 そのときはそのときで私も勉強させてもらいます。^^；
お礼
早速の回答ありがとうございます。 導体は空中放電しやすくて、アースしなくても帯電しにくいということでしょうか。 しかし、パイプの金属は空中放電で帯電しないのに、樹脂パイプで帯電した電気も接続されている金属体を介して空中放電しないものでしょうか？ すいません。おっしゃられてることはなんとなく解るのですが・・・
お礼
ありがとうございます。 静電気って難しいですね。きちんと理解するにはまだまだ勉強が必要ですね。 また、とんちんかんな質問になると思いますが、『金属は静電容量が無限大』とのことですが、これはいわゆるパチッという火花を発する放電はしないということでしょうか？『静電容量』という言葉のイメージからこの容量を越えると放電する？と思えてしまったのですが・・・。 勉強不足で申し訳ありません。 ご好意に甘えさせてもらって誠に申し訳ありませんがもう少し質問してもよろしいでしょうか。 樹脂製から金属製にパイプを変更することによっていわゆるパチッという火花を発する放電はしなくなったのですが、これは本当に放電しなくなったのでしょうか？それともやはり、蓄える電気の量が増えただけで、ずーっとアースしなければ、蓄えた電気が増えた分だけ、もっと大きな放電をいずれするのでしょうか？ 本当にありがとうございます。 本当に申し訳ありませんが、さらに質問してよろしいでしょうか。 『電荷漏洩がしやすくなったか』とありますが、この場合の電荷漏洩とは空気中へ自然放電されたとか、噴射している水に漏洩していったと考えて良いのでしょうか？ ”どちて坊や”みたいにしつこくなってしまい申し訳ありません。 ご親切に回答頂き、ありがとうございます。 金属パイプは流体の噴射口で金属体に接続してあり、その金属体は樹脂体に接続されその樹脂体に流体を送るホースが接続されています。大地に漏洩はできなさそうなので、おっしゃられているように電位が低くなっただけで帯電はしているんですね。 ただし、放電エネルギーを求める公式からすると、電位が低くなったので火花を発するほどのエネルギーは簡単には溜まらなくなった。ということでしょうか？長時間噴射しつづけるといづれは火花を発するほど帯電するかもしれないという考え方でよろしいのでしょうか。 これは、公式の中のＣ（静電容量）というのを、放電時に蓄えられてた電気量と考えたのですが、この考え方が間違っていてＣ（静電容量）というのは金属パイプの蓄えられるＭＡＸ容量のことだとすると金属の静電容量は無限大とのことなので、電位が低くなって火花は発してなくても放電エネルギー自身は低いわけではない！？ということでしょうか。 ちなみに、実際には長時間噴射すると金属パイプが冷えて結露により表面が濡れてきます。表面が濡れていると帯電しにくいと考えて良いのでしょうか。 貴重な時間を割いて何度も回答して頂いてるのに、まだとんちんかんなことを言っているとしたら誠に申し訳ありません。 ありがとうございます。 水は霧状に噴射しているのですが水を経由しての漏洩は考えられるのでしょうか。 とにかく教えて頂いた方法で帯電しているかどうか確認してみます。 本当にありがとうございました。