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【静電気】何kVから痛い?帯電電圧と電撃の強さ関して

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みなさんこんばんは。この寒くて乾燥している季節が来ましたね。

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や、車の金属部を触った時、また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。

この電撃は、人が帯電した静電気の移動量・速度・大きさによって痛みが変わります。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移動量・速度・大きさが異なるからなのです。

では、静電気の移動量・速度とは?また、一体どのくらい帯電していたら痛くなるのか?

など詳しく紹介します。

電撃(静電気ショック)は静電気の移動量と速度に関係

帯電した人体が金属等の導電物質に触れるときに発生する電撃(静電気ショック)は、静電気の移動量と速度に関係しています。
例えば、子供のころ、髪と下敷きをこすって、静電気を発生させた経験がある方は多いはず(髪が下敷きに吸い付く現象です)。この時、下敷きには10kV以上帯電していますが、その下敷きを触っても全く痛くありません。これは、下敷きが絶縁体のため、下敷きに溜まった静電気の移動量が少ないためです。
また、ドアノブが裸のままだと電撃を感じることがありますが、ある程度抵抗値を持ったもの(布など)をかぶせてあると、触っても電撃を全く感じません。これは、静電気の移動速度が布によって遅くなるためです。
このように、痛みを伴うのは、以下の2つが重なった時のみなのです。
人もしくは導電性の物体が帯電している状態で接触する時
電子の引き合う速度が限りなく0秒に近い瞬間的な静電気の移動が発生した時
なお、移動する電荷量と痛みは比例します。

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は人体に溜まった静電気を「ゆっくり逃がす」ことで痛みがなく放電できているのです。

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帯電電圧との関係

先ほど、電撃を感じるのは、静電気の移動量と速度に関係していると言いました。しかし、まだ人体が痛みを感じる条件があります。それは帯電電圧です。人体の帯電電圧が低いと導電性の物体に触れても電撃(静電気ショック)を感じないのです。一般的に痛みを感じるほどの電撃があれば、帯電電圧は3kV以上あると言われています。注意点ですが、この3kVから痛みを感じるのは人体の静電容量が標準的な100pFの場合です。人体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、痛みを感じる時の帯電電圧は3kVよりも小さな値となります。
参考:労働省産業安全研究所技術指針「静電気安産指針

この電撃(静電気ショック)の感じ方は大変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、人体帯電と放電時の静電気ショック(電撃)の強さの関係は以下のようになります。尚、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。

人体帯電と放電時の電撃の強さの関係
(注)人体の静電容量:約100pF

放電エネルギー

人体の静電容量を100pFすると、放電エネルギーは次式で計算されます。

$$W=\frac{1}{2}CV^2$$

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]

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