電場と電位�F（静電誘導と誘電分極，箔検電器）

１．導入

前に実験を見せたとき，帯電した塩ビパイプに「アルミ箔」も「紙」も引き寄せられました。 今日はその理由を探ります。

２．静電誘導

導体とは，金属など自由電子をたくさん持っている物体です。 これらの物体にマイナスに帯電した物体を近づけると， 導体内の自由電子は反対側に逃げていきます。 その分だけ帯電体の近くはプラスになります。 すると，帯電体のつくる電気力線と，導体のプラスとマイナスがつくる電気力線は 反対方向で打ち消し合います。結局，導体内の電場はゼロになります。 このように電場中にある導体内の電場がゼロになるように， 自由電子が移動することを「静電誘導」といいます。

負に帯電した塩ビパイプにアルミ箔が引き寄せられるのは「静電誘導」のためというわけです。

※静電遮蔽（しゃへい）･･･このように電場中においてある 導体内の電場はゼロになります。これは内部に電荷がなければ，なかが空洞になっていても同じです。 このことを静電遮蔽といい，精密機器などを電場から守るために利用されています。

※図のような状態で，中心にある導体を半分に切ると， プラスとマイナスに帯電したものに分けることができます。 ということはどういうことかというと，「電荷が存在する」ということです。 当たり前の話をしているようですが，磁石だったらどうですか？ 半分に切ったら，それぞれNとSができてしまいます。 これは「磁荷は存在しない」ということ。これらがガウスの法則につながります。

３．誘電分極

不導体とは，自由電子を持たない物体で，誘電体とも呼ばれます。 （厳密には違うが，不導体は誘電体としての一般的に性質を持つ）。 これらの不導体に，帯電した物体を近づけるとどのようなことが起こるでしょうか？ 自由電子はないので動きようもありませんが， 不導体にある分子などが電場の影響を受けて「分極」します。 「分極」とは化学で学習したと思いますが，分子内のプラスマイナスが偏ることです。 水分子であれば酸素分子側にマイナスが寄っている。 これが電場の影響で起こったり，大きくなったりします。 そうするとあたかも不導体表面に電荷が集まっているようにみえるはずです。 このように，外部電場によって分極が生じ， 表面に電荷が現れてみえるようになることを「誘電分極」といいます。

ポイントは，自由電子ほどは動けないので， 不導体の内部の電場を０にすることはできないこと。 しかし電場は弱まるので，電位のグラフは傾きが小さくなる。

負に帯電した塩ビパイプに紙が引き寄せられるのは「誘電分極」のためというわけです。

※正式には誘電分極は静電誘導の一例です。しかし，わかりやすくするために 導体＝静電誘導，不導体＝誘電分極としました。

４．箔検電器（その１）

さて，ここに「箔検電器」というものがあります。 右の写真のように帯電した塩ビパイプを近づけると，箔が開きます。 なぜでしょうか？

箔と上の金属板は金属でつながっており，マイナスの塩ビパイプを近づけると， 金属板にあった自由電子が逃げて，箔がマイナスに，金属板がプラスに帯電します。 箔同士はマイナスなので，互いに反発して開くという訳です。
この状態から塩ビパイプを離すと元に戻る。

今度は塩ビパイプで金属板をこすってやります。 そうすると箔は開きます。これは簡単。金属板も箔もマイナスに帯電するから開いて， 塩ビパイプを離しても開きっぱなしになります。

では，塩ビパイプを直接金属板に触れることなく， 箔を開きっぱなしにするにはどうしたらいいでしょうか？

それはこうやります（といって素早くやる）。わかりましたか？ （もう１回やる）ポイントは手です。順番が大切。

�@塩ビパイプを近づける。→�Aそのままで手を金属板に触れる。 →�B手を離す。→�C塩ビパイプを離す。

次回は箔検電器の問題を1問やって，ガウスの法則です。

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