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4.4 静電気のような高電圧を調べる


 静電気が不安定であっても,何等かの方法でその電気的な値を知ることが出来なければ,科学としてはそれ以上に進みません。 高電圧であることを利用して,それに適した幾つかの方法が考えられ,実用化しています。


4.4節の内容

4.3節 静電気は悪役も善玉もこなす 5.1節 電池は実験と通信に使われた

Q4.16 静電気を調べる   Q4.17 箔検電器
Q4.18 Franklinモータ Q4.19 Hamiltonの風車



Q 4.16 静電気を調べる
 指先から火花を出したりして,人体で直接電気のあるなしを調べるよりももっと科学的な手法はないのですか。

[A]
 静電気が溜っているか,または静電気ではなくても,高圧線などの高い電圧が来ているかどうかについて,Franklinのように人体で実験するのは危険な上,溜りぐあいすらもあまり確かにはわかりません。
 そこで,いろいろな測定方法が考え付かれました。
  (a)箔検電器
  (b)Franklinモータ
  (c)Hamiltonハミルトンの風車

Q 4.17 箔検電器
 中学の理科で,びんの中のアルミはくが開いたり閉じたりする実験をしたことがありますが,あれは何ですか。

[A]
 それが箔検電器と呼ばれるものです。 箔検電器は静電気を図 4.15のように薄くて軽いアルミ箔に静電気を誘導させて測ります。

図 4.15
箔検電器 
ヤガミHPより
  品番
 4504600

 そのりくつは,静電気が溜っている帯電物を金属に近付けると,金属中の電気が静電気に引っ張られて,帯電物に近いほうには帯電している極性と逆の電気が,遠いほうには帯電しているのと同じ極性の電気が集まる性質を利用しています。 同じ極性の電気同士は反発するので,帯電した二枚のアルミ箔は互いに遠ざかろうとして開くのです。 アルミ箔は重力に逆らって開くので,その開き方は静電気の帯電量が大きいほど角度が大きくなり,帯電量の大小がわかります。

Q 4.18 Franklinモータ
 高圧線の電気を調べるのには箔検電器は不便ではありませんか。

[A]
 箔検電器は,人の手が届く範囲で静電気を手軽に調べるには安価で便利な道具です。しか し,地上数10mの高さにある高圧線の状態を知るにはちょっと不便です。 数千V以上の高圧の電気が来ている電線(活線かっせんという)を検知できる,図 4.16のような電池不要の風車式の検電器があります。








HP

図 4.16 高圧の活線状態を調べる風車   WM-22

 これはFranklinモータと言われていて,やはり凧揚げの実験をしたFranklinの発明です。 もちろん高圧電線ではなく,図4.13の静電発生器で発生させた静電気でも回すことができます。
 この風車は次のようなりくつで回ります

(1)  高圧のそばにこの検電器を置くと図4.15とおなじく電気が誘導される。
(2)  そこで,アルミ箔の代りに回転子の金属片に帯電させると電気が誘導し,羽根車が回り始める。
(3)  高圧に近いaの金属片にbよりも多く電気が誘導されるので,羽根車は右回りに動く。
(4)  少し回ると金属片aは接触ブラシから直接高圧を受け取るので,全体が同じ電気に帯電する。
(5)  回転の勢いで金属片aは帯電したまま接触ブラシを通過すると,今度はa は接触ブラシと同じ電気なので反発し,金属片cは高圧が誘導されて引っ張られ,回転が続く。
(6)  金属片aがさらに回転を続け接地されている接触ブラシの位置に来ると,溜っていた電気は放電し,最初の状態と同じになる。

Q 4.19 Hamiltonの風車
 Franklinモータの外に,静電気や高電圧を検出する機器はないのですか。

[A]
 図 4.17のように静電気をまんじ型の風車の各先端から放電させると,僅かですが質量(陽子の約1,836分の1)がある電子が放出される反動で風車を回転させることができます。

図 4.17
Hamiltonの風車

 このりくつで回る風車は,Hamiltonハミルトンの風車と呼ばれています。

★ イオン噴射エンジン

 最長のさし渡しがたった500m程度の大きさの小惑星“イトカワ”に着陸し,2010年にそこから微小粒子を地球に持ち帰る,という世界で初めての快挙をなしとげた日本の小惑星探査衛星“はやぶさ”は,電子よりはるかに質量(原子量:131.29)があるキセノンXenon(Xe)原子を帯電(イオンIon化)させたものを,高電圧で噴射する反動を使ったエンジンEngineで,宇宙空間で実際に推進力を得ていました。
 なお,水素の原子量は1.008ですが,これには天然に存在する重水素が含まれているので,純粋に陽子と電子各1個ずつの質量の和とはなりませんが,それは誤差の範囲なので無視して考えると,キセノンは電子の約24万倍の質量があります。



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