静電気の発生
静電気とは、電荷が流れずに物体の表面や内部にとどまっている状態の電気をいいます。 物体の電気的な極性が正または負に片寄った状態を帯電と呼びます。
2つの物質が接触・摩擦・剥離すると、その境界で電荷（主に電子）のやり取りが起こります。電子を受け取った側は負に帯電し、電子を失った側は正に帯電します。 この電荷の偏りが静電気の正体です。なお、状況によっては帯電粒子（イオンや微粒子）の移動でも帯電が生じます。
物体どうしで電荷が移動しても、相互作用の前後で系全体の電気量（電荷の総和）は変化しません。 これを電気量（電荷）保存の法則といいます。
電気量の保存 — AとBを合わせた系では、正の電荷8と負の電荷8が等しく、 合計は0のままです（電子が片方へ移っても全体は変わりません）。図の見方： AとBの境界で電子が移動しても、A+B全体で数えると正＝負が維持されます。「部分で増えても、全体は不変」がポイント。
帯電 — 接触・剥離で電子がAへ移動すると、 Aは負に帯電（＋4 ＜ −6）、Bは正に帯電（＋4 ＞ −2）となります。 全体の電気量は保存され、境界の電位差が大きいと火花放電の原因になります。図の見方： 帯電は「正と負の差」で判定します。 Aは負が多い＝負に帯電、Bは正が多い＝正に帯電。
ひっかけ注意
- 「正に帯電」＝電子を失った状態。プラスの電気を「もらう」わけではありません。
- 帯電は相手との組合せで変わる相対概念です（帯電列の順を固定の「絶対順位」と誤解しないよう注意）。
確認ポイント
- 電荷には正と負があり、電子は負電荷、陽子は正電荷をもつ。
- 同極は反発、異極は引力で作用する。これを静電力（クーロン力）という。
- 物体や原子などがもつ電気的性質を電荷、その量を電気量という。
- 電気量の単位はクーロン（C）。参考：素電荷
e ≈ 1.60×10⁻¹⁹ C。 - 静電気は絶縁性が高く乾燥した環境ほど逃げ道が少なく、蓄積しやすい。
- 固体・液体・気体のいずれも帯電する（液体・気体は漏えいしやすく残りにくい）。
- 代表的な測定：箔検電器、表面電位計（電界計）、ファラデーケージ（筒）＋クーロンメータ、エレクトロメータ等。
電気素量
電気素量（elementary charge）とは、電荷の最小単位です。 電子がもつ電荷は−e、陽子は＋eで、その大きさは等しくe ≈ 1.602×10⁻¹⁹ Cです。
すべての電気量Qは、この最小単位の整数倍で表されます：Q = n·e（nは整数）。
ひっかけ注意
- 10⁻¹⁹を10¹⁹と書き間違えない（桁が大違い）。
- 電子は−e、陽子は＋e。大きさは同じで符号だけが逆。
箔検（はくけん）電器
帯電の有無を調べる代表的な器具です。金属の集電板と導体棒の先に、軽い金属箔（2枚）が吊られています（容器はガラスなどの絶縁体）。
- ① 静電誘導： 帯電体を集電板に近づけると、導体内で電荷が移動し、箔には同符号の電荷が集まります。
- ② 反発で開く： 同符号どうしが斥力で反発し、2枚の箔が左右に開きます。
- ③ 接触でより大きく： 帯電体を直接触れると電荷が移り、開きがさらに大きくなります。
開きの有無や大きさで帯電の有無・強さを確認します（極性の判定は基準電荷と比較して行います）。
帯電体を箔検電器の集電板に近づけると静電誘導が起こり、箔が同符号に帯電して反発し開く様子を示す図。
帯電体の符号：
トグルをオンにすると、帯電体が集電板に近づく。
ひっかけ注意
- 箔が開く原因は同符号どうしの反発（斥力）。「異符号で引き合う」が混ざりやすい。
- 「近づける（誘導）」でも開きます。接触だけで開くと覚えないよう注意。
- 容器は絶縁体で支持（漏えいすると開きが小さくなる）。
乾燥環境ではよく開き、湿潤環境では開きにくくなります。測定時は手で接地（アース）しないよう注意。
帯電列（たいでんれつ）
帯電列とは、2種類の材質を摩擦したり接触分離したとき、プラス側に帯電しやすい材質を上位に、 マイナス側に帯電しやすいものを下位に並べた序列の表です。 摩擦する材質が帯電列上でより離れていれば、より多くの電荷が移動します。
帯電列確認ポイント
- ガラス棒とナイロンを摩擦→ガラス棒は（＋）、ナイロンは（−）に帯電。
- アクリル棒とナイロンを摩擦→ナイロンは（＋）、アクリル棒は（−）に帯電。
- 毛皮と塩化ビニル管を摩擦→毛皮（＋）、塩化ビニル管は（−）に帯電。
- 「ガラス棒×ナイロン」と「ガラス棒×木綿」を摩擦した時を比較すると、 序列により開きのある「ガラス棒と木綿」の方が静電気はより多く発生する。
帯電の発生機構
静電気は、2つの物質が接触・摩擦・剥離したり、液体や粉体が流動・噴出・混合したりする際に電荷が移動することで発生します。 どのような動作によって帯電するかにより、次のように分類されます。
- 摩擦帯電
- 2つの物質を擦り合わせてから引き離すときに発生する帯電。
- 接触帯電
- 2つの物質を接触させてから引き離すときに発生する帯電。
- 剥離帯電
- 密着している2つの物質を引き剥がすときに発生する帯電。
- 流動帯電
- 配管や容器の中を液体が流動するときに発生する帯電。
- 噴出帯電
- 液体がノズルなどから高速で噴出するときに発生する帯電。
- 破砕帯電
- 固体を破砕（粉砕）するときに発生する帯電。
- 混合・かくはん帯電
- 液体または粉体を混合・かくはんするときに発生する帯電。
- その他の帯電
- 滴下帯電、衝突帯電、飛沫帯電など、上記以外の動作でも帯電が生じる。
流動帯電の仕組み
液体が配管の中を流れるとき、液体と管壁が接触する境界面では電荷の移動（電荷分離）が起こり、 液体側に正イオン、管壁側に負イオンが発生します。
- ① 電荷分離： 液体と管壁の境界で電荷が移動し、正イオンと負イオンが生じます。
- ② 二重層の形成： 負イオンは管壁に吸着されやすいため、管壁付近に集まります。これにより、管壁側に負の層、その内側に正の層が向かい合う構造ができます。これをイオン電気二重層といいます。
- ③ 正イオンが流れに運ばれる： 配管の中心付近まで拡散した正イオンは、液体の流れとともにそのまま運ばれていきます。
この結果、管壁側は負に帯電し、流れ出ていく液体側は正に帯電します。
流動帯電の仕組み — ①管壁への吸着でイオン電気二重層が形成され、②流動にともなって正イオンが運ばれることで、管壁と液体の電荷が分離します。石油系の液体は一般に導電率が非常に小さいため、流動帯電が特に発生しやすい性質があります。
液体をフィルターでろ過するときに生じる帯電も、流動帯電の一種です。特に孔径の小さいフィルターを通過させる場合、 液体とろ材が接触する面積と通過する際の速度がともに大きくなるため、帯電量が増大します。
静電気力（クーロンの法則）
2つの帯電体が及ぼしあう静電気力の大きさは、帯電体の電気量の大きさと、 帯電体間の距離によって変化します。
帯電体の間の距離に比べて帯電体の大きさが無視できるほど小さいとき、このような帯電体を点電荷といいます。静電気力 F は、2つの点電荷の電気量q₁・q₂ の積に比例し、距離 r の2乗に反比例します。これをクーロンの法則といいます。
F = k・q₁q₂ / r²（k：比例定数）
確認ポイント
- 電気量の符号が同じ（＋と＋、－と－）なら斥力（反発）。
- 電気量の符号が異なる（＋と－）なら引力。
- 力は2つの帯電体を結ぶ直線上にはたらく。
クーロンの法則 — 同符号どうしは斥力、異符号どうしは引力。力の大きさは電気量の積に比例し、距離の2乗に反比例します。静電誘導
帯電体の近くに帯電していない導体を近づけると、帯電体に近い方の端に帯電体の電荷と異種の電荷が、反対側の端に同種の電荷が現れます。この現象を静電誘導といいます。
静電誘導は、導体中の自由電子が帯電体の（＋）電荷に引き寄せられて近い側の端に集まり、 その端が（－）に帯電することで起こります。同時に、反対側の端は電子が不足するため（＋）に帯電します。
静電誘導 — 自由電子が帯電体（＋）側に引き寄せられ、近い端は負（異種の電荷）、遠い端は正（同種の電荷）になります。ひっかけ注意
- 距離に反比例ではなく、距離の2乗に反比例。距離が2倍になると力は4分の1になる。
- 電気量は和ではなく積に比例する。
誘電分極
帯電体の近くに絶縁体を近づけても、絶縁体はほとんど自由電子（原子に束縛されず自由に動き回れる電子）を 持たないため、電界が作用しても物質内部の電子はほとんど移動しません。
しかし、静電気力によって、物質を構成する分子や原子の内部で分極が起こり、（－）と（＋）が対になって 整列します。その結果、絶縁体内部では（＋）と（－）の働きが互いに打ち消し合いますが、両端だけには電荷が現れます。
このような現象を誘電分極といい、誘電分極を起こす絶縁体のことを誘電体と呼びます。
誘電分極 — 絶縁体内部では分子が対になって整列し、隣り合う＋とーは打ち消し合いますが、両端の表面だけに電荷が現れます。静電気のエネルギー
静電気のエネルギーは、帯電している電気量が大きくなるほど、また電圧が高くなるほど大きくなります。
静電気の帯電量（Q）と電圧（V）、静電容量（C）の間には、次の関係があります。
Q ＝ C・V
帯電量が一定の場合、静電容量が小さくなるほど、静電気に生じる電圧は高くなります。 このため、容易に数万ボルトの放電電圧が発生します。
帯電体が放電するときのエネルギー（E）は、次の式から求めることができます。
E ＝ 1/2・Q・V
Q＝C・V — 帯電量Qが同じでも、静電容量Cが小さいほど電圧Vは高くなり、危険な放電が起こりやすくなります。ひっかけ注意
- エネルギーの公式はE＝1/2・Q・V。1/2を忘れてE＝QVとする誤りに注意。
- 「静電容量が大きいほど危険」ではなく、静電容量が小さいほど電圧が高くなり危険。大小関係を逆に覚えないよう注意。
- 帯電量Qが同じでも、物体の形状・大きさ（＝静電容量C）によって発生する電圧は変わる。
静電気の特性
静電気が発生し、それが放電されずに帯電量が増え続けると、静電気のエネルギーは増加します。 この状態で何らかの原因により、静電気が空気中に火花を伴って放電すると、それが火災や爆発の点火源となります。
静電気によるこうした災害を防ぐには、静電気の発生を抑えることと、帯電した静電気を意図的に放電させることの、2つの対策が必要です。 これらを静電気の特性からまとめると、次のとおりです。
静電気の発生を抑える
- ① 絶縁物の摩擦・接触を減らす： 絶縁物どうしの摩擦や接触の機会を少なくします。
- ② 流速をゆるやかにする： 絶縁性液体が流動したり、ノズルから噴出したりする際の速度を遅くします。流速を変える場合も、急激にではなく徐々に変化させます。
- ③ 接触面積・圧力・回数を減らす： 接触面積や接触圧力を小さくし、接触回数も減らします。
- ④ 分離速度を小さくする： 接触状態のものを分離するときは、分離速度を小さくします（急激に剥がさない、など）。
- ⑤ 静電気の発生しにくい材料を使う： 帯電しにくい材質を選びます。
- ⑥ 不純物・異物の混入を避ける。
- ⑦ イオン化空気で中和する： 静電気除去装置で生成したイオン化空気により、静電気を電気的に中和させます。
- ⑧ 除電剤を使用する： 導電性塗料の塗布や、添加剤の使用などがあります。
ひっかけ注意
- 接触分離による静電気の発生は、境界面が固体と固体、固体と液体、液体と液体、液体と気体のいずれであっても起こります（固体・粉体の摩擦・剥離・衝突、液体の流動・かくはんなど）。 「固体どうしでしか起きない」と誤解しないよう注意。
静電気を意図的に放電させる
- ① あらかじめ接地しておく： 静電気が蓄積されやすいものは、あらかじめアース（接地）します。給油ホースには内側に導線を巻き込んだものを使用し、導電性の靴や服を使用します。
- ② 蓄積後に接地して放電させる： 静電気が蓄積されている可能性があるものは、あらかじめアース（接地）して放電させます。
- ③ 湿度を高める： 床面に水を撒くなどして湿度を高めます。帯電した静電気は水蒸気を通して放電します。
- ④ 空気をイオン化する： 高圧・放射線・静電誘導などの方法で空気をイオン化し、静電気を除去します。
- ⑤ 電気抵抗率の違いに注意する： 非水溶性のガソリンなどは、水溶性のアルコール類より電気抵抗率が高いため、取り扱いに注意します。
- ⑥ 作業後は静置時間をおく： タンクへの油の注入・循環・かくはんなどの作業後は、静置時間をおいてから除電します。作業直後のサンプリング作業や検尺作業は避けます。
確認ポイント
- 検尺作業とは、検尺棒（1/100以上の精度の目盛りが刻まれた棒）をタンク上部の検尺口などから 底板に当たるまで静かに挿入し、速やかに引き上げて油の付着位置を読み取り、在庫量を測定する作業です。 危険物の漏れの確認にも使われます。
