【静電気の電圧】何ボルト(V)から痛いの？『電撃の強さ』に関して！

冬の季節は、寒くて乾燥している季節です。

この乾燥している季節に注意してほしいのがバチッ！とする電撃(静電気ショック)。『ドアノブを触った時』、『車の金属部を触った時』、『人と人が接触した時』など日常的に発生している現象です。

この電撃(静電気ショック)の強さは、帯電している人の静電気の電圧の大きさによって変わります。

バチッ！としても痛いときと痛くないときがありますよね。これは帯電している静電気の電圧の大きさが異なるからなのです。静電気の電圧の大きさが大きいほど痛みが大きくなります。

ではこれから、

『電撃(静電気ショック)』とは？
『静電気の電圧』と『痛さ』の関係

などを詳しく説明していきます！

『電撃(静電気ショック)』とは？

電撃(静電気ショック)とは帯電した人が金属等の導電物(ドアノブなど)に触れるときに発生するバチッ！とする現象です。

この電撃(静電気ショック)による痛みは静電気の電圧、移動量、速度に関係しています。

身近な例として、紙と下敷きを擦ることによって生じる静電気での『電撃(静電気ショック)』と、ドアノブを触った時に生じる『電撃(静電気ショック)』について説明していきます。

髪と下敷きを擦ることによって生じる静電気で『電撃(静電気ショック)』が生じない理由

子供のころ、髪と下敷きを擦って、静電気を発生させた経験がある方は多いと思います(髪が下敷きに吸い付く現象です)。

この時、なんと下敷きは10kV以上帯電しています(静電気の電圧が10kV以上となっています)が、その帯電している下敷きを手で触っても、バチッ！とする電撃(静電気ショック)が生じず、全く痛くありませんよね。これは、下敷きが絶縁体(電気を通さない物質)のため、下敷きに溜まった静電気が人に移動することができないからなのです。

ドアノブを触った時に『電撃(静電気ショック)』が生じて痛い思いをする理由

ドアノブを触った時に、バチッ！っと電撃(静電気ショック)が生じて、痛い思いをしたことは誰でもあると思います。あれ嫌ですよね・・・。

これは帯電している人体の静電気が瞬間的にドアノブに移動することによって電撃(静電気ショック)が生じて痛みを感じているのです。ドアノブは導電体(電気を通す物質)なので、人体に溜まっている静電気はドアノブに触れることで移動します。

そのため、ドアノブに『ある程度抵抗値を持ったもの(例えば布など)』を被せて、人体に溜まっている静電気を移動させなくすれば、ドアノブを触っても電撃(静電気ショック)が生じなくなります。

したがって、まとめると、電撃(静電気ショック)が発生して痛みを伴うのは、以下の条件が重なった時となります。

電撃(静電気ショック)が発生する条件

帯電している人が導電物に接触する時、もしくは帯電している導電物が人に接触する時
接触時に静電気の移動が瞬間的の時

なお、静電気の電圧が大きいほど、移動する静電気の量が大きくなり、電撃(静電気ショック)の痛みが強くなります。

余談ですが、ガソリンスタンドに置いてある静電気除去シート(丸い黒いやつです)は人に溜まった静電気をゆっくり逃がすことで痛みがなく静電気を放電できているのです。

『静電気の電圧』は何ボルト(V)から痛いの？

先ほど、電撃(静電気ショック)を感じるのは、静電気の電圧、移動量、速度に関係していると言いました。

静電気の電圧が大きいほど、移動する静電気の量が大きくなるので、電撃(静電気ショック)が生じた時に痛みが大きくなります。

そのため、帯電している人の静電気の電圧が小さいと、導電物に触れても電撃(静電気ショック)の痛みを感じないのです。一般的に、痛みを感じるほどの電撃(静電気ショック)が生じた時には、帯電している人の静電気の電圧は3kV(キロボルト)以上であると言われています。

この電撃(静電気ショック)による痛みの感じ方は個人差があるものですが、『労働省産業安全研究所発行の静電気安全指針』によると、『帯電している人の静電気の電圧』と『放電時の電撃(静電気ショック)の強さ』の関係は上表のようになります(上表は人体の静電容量を約100pFと仮定)。

なお、上表の放電エネルギーは次式で計算されます。

\begin{eqnarray}
W=\frac{1}{2}CV^2
\end{eqnarray}

\(W\)：放電エネルギー[J]
\(C\)：⼈体の静電容量[F]
\(V\)：⼈体の帯電電位[V]

補足

人に溜まっている静電気の電圧は3kV(キロボルト)以上で痛みを感じると言いましたが、それは人体の静電容量が標準的な100pFの場合です。人が椅子に腰かけているとか、靴底が特別に薄い履物を履いているような場合は静電容量が100pFより大きくなります。そのため、痛みを感じる時の静電気の電圧は3kVよりも小さな値となります。
静電気による電撃は瞬間的なので、⼈命に関わる感電の危険性は少ないです。