静電気はどうしてバチッとなるの？

仕組みの科学

静電気の出発点は、異なる物どうしの接触と分離だ。労働安全衛生総合研究所の解説では、衣服が車のシートやオーバーコートと密着している間は何も起きないが、腰を浮かせたりコートを脱いだりして離れた瞬間に着衣に静電気が生じる。これを摩擦帯電、あるいははくり帯電と呼ぶ。空気が乾燥しているほど、静電気の発生量は増える。では、帯電しているのは衣服なのに、なぜ人の体まで電気を帯びるのか。鍵は静電誘導である。人の体は金属や水道水と同じく電気を通しやすい導体で、そばに帯電した物が近づくと、周りにできた電界によって体内のプラスとマイナスの電荷が移動する。地面に電気が逃げない状態では、こうして体の電位が上がっていく。帯電した体が金属に触れると、本当は触れる直前に電気火花が発生する。空気はふだん電気を通さないが、同研究所の別の解説によれば、およそ3MV/m以上の強い電界がかかると絶縁破壊を起こして電流が流れる。指先と金属のすき間が縮むほど電界は強まり、ある距離で一気に放電が起きる。これが「バチッ」の正体だ。

歴史と発見

静電気の研究は、身近なショックの解明だけでなく、工場の爆発や火災を防ぐ安全研究として進められてきた。労働安全衛生総合研究所の三浦崇による2014年の解説は、接触の最初の瞬間に何が起きるかを追っている。大気中で固体どうしを摩擦すると、接している付近にできる10μm前後のすき間で、マイクロギャップ放電と呼ばれる小さな放電が起こるという。真空中でステンレスとPETを摩擦した実験では、PETがマイナスに帯電し、1平方メートルあたり約500μCの電荷が生じた。これは10μm離れたステンレス表面との間に600Vの電圧を生む大きさで、電界は60MV/mにも達する。空気中ではこの放電によって、帯電量が最初のおよそ10分の1に減ることも分かった。肉眼ではふつう見えない放電だが、貼り合わせた荷造り用の粘着テープを暗い所で引きはがすと、光として見える場合がある。夏と冬の静電気の違いを湿度による空気の性質から説明できるかどうかは、今後の研究課題とされている。身近なバチッの裏側には、まだ解き明かされていない物理が残っているのだ。

もう一歩先

身近な対策の考え方は、たまった電気をゆっくり逃がすことにある。労働安全衛生総合研究所によれば、ショックは一瞬に大きな電流が流れることで生じるため、電気の通り道の抵抗を適度に大きくすれば、ショックを感じることなく0.1秒以内に静電気は消える。靴底の材料で抵抗は大きく変わり、天然ゴムやクロロプレンゴム系では10の12乗Ωを超え、ポリウレタンエステルやニトリルゴム系では10の6乗Ω以下になりやすい。前者の靴ではショックを受けやすく、後者では平気でいられるという。床も大切で、コンクリート、土、石材、木材などの天然素材の床なら問題は少ないが、ビニールシートのような絶縁性のものを敷くと帯電防止の効果が失われる。可燃性物質を大量に扱う生産現場では、作業員の放電が爆発や火災を引き起こすこともあるため、JIS T 8103で規格化された静電気帯電防止靴（静電靴）が必須のアイテムとされ、床の抵抗の管理も欠かせない。同研究所は、日本の下駄や雪駄も帯電防止になると紹介している。冬のドアノブの一瞬の痛みは、工場の安全を守る研究と同じ物理でつながっているのだ。