筆者らは，高分子の球形粒子を1個ずつ金属板に衝突させて，一回の衝突（接触）で移動する電荷量を測定する実験を行ってきた。空気銃で打ち出された粒子は二重円筒型ファラデーケージを通過して金属板に衝突する。衝突前の粒子が持っている電荷は二重円筒型ファラデーケージから得られる波形の高さから計算できる。衝突直前の速度はこの波形の幅で計算される。また，衝突で粒子が新たに得る電荷量は分離後に金属板に残された電荷の逆符号としてエレクトロメータで観測される。
衝突帯電量は，粒子の初期帯電量に対して直線的に依存している。この結果は，前述の "high density limit" とするモデル，あるいはコンデンサーモデルと大変相性がよい。つまり，接触時とは，コンデンサー回路が閉じた状態に対応し，コンデンサーは速やかに飽和電荷まで充電されると考えると，初期帯電量は回路が閉じる前にコンデンサー極板が既に持っていた電荷に対応する。したがって，衝突帯電量は，この初期帯電量と飽和帯電量の差し引きに対応すると考えることができる。もう少し詳しく言うと，この結果は，絶縁性物質の表面電子状態密度が充分に高い ("high density limit") か，または一様に分布していることに対応していると考えて良い。
ところが，実験結果の詳細な検討結果は，上のような考え方を支持するものではなかった。衝突帯電量ΔQが初期帯電量Qiと飽和帯電量CVcの差し引きに対応すると考えると，ΔQ=CVc−Qi (1)となる。ここで，Cはコンデンサーの容量である。初期帯電量（ΔQ=0 ）の値を平衡帯電量Qeと称するが，この値は式(1)より，Qe(=Qi)=CVc=C(Wm−Wp)/e (2)となり，同じ絶縁体粒子でも，衝突する金属によって変わる（金属の仕事関数に比例する）のである。しかし実験結果は，金属の仕事関数には依存しなかった。この結果は，粒子と金属が接触している状態では，充電電荷量はコンデンサーモデルに従って金属の仕事関数に依存するにせよ，分離後の電荷（観測される粒子帯電量）は仕事関数（別な言い方をすれば接触電位差）には依存せず，むしろ粒子側の物性に依存していることを示唆している。

カテゴリ: 物理
質問: 高分子の球形粒子を1個ずつ金属板に衝突させて、1回の衝突（接触）で移動する電荷量を測定する実験では、衝突前の粒子が持っている電荷は何から計算できますか。
回答: 衝突前の粒子が持っている電荷は、二重円筒型ファラデーケージから得られる波形の高さから計算できます。