電荷とは?自由電子や帯電と一緒に解説!

物理 2018.9.11
電荷とは?自由電子や帯電と一緒に解説!

テレビを見たり照明をつけたりなど、私たちは普段何気なく電気を使います。

電気があるおかげで、快適な暮らしを送れているのも事実です。

ですが、電気について深く理解していない方もいるかもしれません。

電気のことを知るためには、電荷や電子についてまずは学ぶ必要があります。

ここでは、電荷や電子をはじめ電気に関することを解説します!

    1.電荷とは?

    電荷とは、陽子や電子のような素粒子がもつ性質の一つです。

    また、電荷は「電気量」とも呼ばれています。

    陽子はプラスの電荷を、電子はマイナスの電荷を持ち、反発したり引き合ったりします。

    このようになるわけは、同じ電荷が接近すると離れようとする力(斥力)が働き、異なる電荷が近づくと一緒になろうとする力(引力)が働くからです。

    わかりやすい例を挙げると、磁石は同じ極同士ではくっつこうせず、異なる極同士ではくっつこうとする事が挙げられます。

    それと同じことが起きているのです。

    また、電気量の単位をクーロンと呼び、量を表す記号には「Q」や「q」が使われています。

    1クーロンは1アンペアの電流が流れている際に、一秒間に導線の断面を通る電気量とされています。

      2.帯電や自由電子って何?

      物質を作り上げる最も小さな単位は原子です。

      原子は、原子核とその周りを回っている電子から構成されています。

      さらに、電子はマイナスの電気を、原子核の中にある陽子はプラスの電気を帯びています。

      このように、物体が電気を帯びることを「帯電」と名付けているのです。

      物質のほとんどは、電子や陽子の数は定まっており、電子は原子核の周りを回転するだけです。

      しかし、電子は軌道から大きくずれることも時にはあり、この電子を「自由電子」と呼んでいます。

      つまり、電気とは自由電子の動きのことになるのです。

      ちなみに、自由電子と電流は流れる向きは異なります。

      電流はプラスからマイナスへ流れる一方、自由電子はマイナスの電気を帯びているのでプラスの電気に向けて流れます。

      「自由電子の動き=電気」ということで、電流と流れる方向も同じと勘違いする方もいるかもしれません。

      ですが、実はこのふたつの流れ方は正反対です。

      この点を理解していないと、他のことも理解しにくくなるので、ミスをしないようきちんと覚えておきましょう。

      3.「導体」と「絶縁体」

      物質には、電気を通しやすいものと通しにくいものに分けることができます。

      前者を「導体」、後者を「絶縁体」と言います。

      ちなみに、この二つの中間の性質をもつものを半導体と言います。

      導体になるのはアルミニウムや鉄、ステンレスなどです。

      一方、絶縁体はプラスチックやビニール、ガラスなどがメジャーな物質として挙げられます。

      ここで、導体がなぜ電気を通しやすいのか、気になる方もいるかもしれません。

      その理由は、自由電子が導体の中に入ると、物質内にある電子を他のところへ移動させ、どかされた電子は他の電子を押しのけようとするからです。

      このように、電子の入れ替わりが物質の中で頻繁に行われることで、導体は電気を通しやすいのです。

      理解しにくい方のために、野球を例に挙げてみましょう。

      野球で満塁になっている場合、バッターがヒットを打てば一塁へ向かって走りますよね。

      すると、元々一塁にいた選手は二塁へ向かう必要があります。

      二塁の選手は三塁に移動し、三塁にいた選手はホームベースに向かいます。

      この一連の流れが、物質内の電子の入れ替わりと同じようなことです。

      導体のことを学ぶ際には、野球をイメージすると理解しやすいでしょう。

        4.静電気について

        冬になると、セーターを着る際にパチっと静電気が走ることもあるでしょう。

        他にも、鉄で作られたドアノブを掴んだ時に、静電気が生じることもあるかもしれません。

        ふたつの物質が接触すると、それぞれの原子にある電子が活動を始めます。

        物質から電子が離れてプラスに帯電し、飛び出した電子はもう片方の物質に移動しマイナスに帯電します。

        この流れによって、静電気が発生するのです。

        それから、静電気は冬になると比較的起こりやすいとされています。

        なぜかというと、冬場は湿度が低いので、空気中の水分に電気が移動しにくいからです。

        よって、物質内に電気がたまり、静電気が発生しやすくなるのです。

        プラスに帯電しやすいもの、マイナスに帯電しやすいものをまとめました。

        学校生活を送る中、自分の髪や友達の髪に下敷きをこすり、髪の毛を持ち上げて遊んだことのある方もいるでしょう。

        髪の毛が引き上げられる理由は、下敷きがマイナスに帯電しやすく、髪の毛がプラスに帯電しやすくなるからです。

        一般的に、下敷きは塩化ビニールで作られていることが多く、下敷き(塩化ビニール)を使って髪の毛をこすると、髪の毛の電子が下敷きに移動します。

        これにより、髪の毛はプラスの電気を、下敷きはマイナスの電気をためることで、まるで磁石のように髪の毛が引っ張られるというわけです。

         

          電荷のまとめ

          このように電荷は私たちが生きていくうえでなくてはならないものです。

          なので、大学受験にも頻出の項目です。

          しっかり復習して、今後のさらなる勉強に繋げましょう。

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          この記事の執筆者

          ニックネーム:受験のミカタ編集部

          「受験のミカタ」は、難関大学在学中の大学生ライターが中心となり運営している「受験応援メディア」です。