質問: 誘電体(木材)と帯電について教えてください。 学生実験で木材と帯電について調べています。 具体的には木材を通過した電界が帯電粒子に及ぼすクーロン力を調べたいです。もちろん、具体的な数値は難しいと思っていますが、例えば自然落下する負に帯電した50μmくらいの粒子(金属を有する粒子)が電界により分極した木材にあたると電子のやり取りがそこにあるのか、またはあくまで電界により吸い寄せられつづけその木材に吸い付くあるいはそれに沿って落下するのか、定性的なご解答で結構ですので宜しくお願い致します。
回答: 木材には吸湿性があるので、静電気を溜めるほどの絶縁はちょっと期待できないと思いますが、パラフィンを含浸させれば可能かも知れません。 絶縁材料のパラメータとしてこの場合に重要なのは、体積抵抗率及び表面抵抗率が高い事でしょう。つまり常識的に考えて、摩擦静電気を長時間帯びやすいことです。 ちょうど、03/11/18付けの e-l さんの「絶縁体であるゴムに電界は貫かないのですか」という質問に対して、no.1のboaderさんの回答の中で挙がっているurlに、「帯電列」の表があります。(たどるのが面倒なので、そのまま拝借して下記に入れました)。これを見ると、ガラスやナイロンは+に、ポリエチレン、セルロイド、塩化ビニルなどは-に帯電しやすいようです。どちらのほうが良いのでしょうか?。 負に帯電した粒子と摩擦を起こしたとき、塩化ビニルなどは容易に粒子から電子を奪って負に帯電し、粒子の電荷を中和しそうですが、逆にガラスは電子を受け取りにくいので、帯電粒子を中和しにくいように思えます。つまり、塩化ビニルは表面が負に帯電していくことによって、塩化ビニル板内の電界を強めて行き、逆に外部の電界を減少させてしまうでしょう。ガラスの場合は、負に帯電した粒子にさらに電子を与えるようなことはなかなか無いとしても、「帯電列」から見ても電子を受け取りにくいので、結局あまり中和せず、ガラスと粒子には吸引力が働きつづけるような気がします。 しかし実を言うと、上記の考えは「帯電列」の表を見たからそんな風な傾向があるだろうと言うだけのことであって、粒子の電荷に対する定量的な比較ではありません。実際に実験したら塩化ビニルもガラスもまるで差が無いかも知れませんし、全く逆の結果が出るかも知れません。そもそも板と粒子が摩擦をするかどうかさえ怪しいのですから。 結局のところ、手間を惜しまずいろいろ試してみることだと思います。そんな中から思わぬ発見をしないとも限りません。 itoと言うのは、indium tin oxside のことでしょうか。これは液晶やelデバイスなどに使われる透明導電薄膜なので、絶縁物ではありません。ガラスに蒸着して、透明な電極として良く使われます。 参考url:http://www4.ocn.ne.jp/~katonet/kagaku/taiden.htm