空気を帯電させることは、できるのでしょうか？

Question

空気の成分は、ほとんどが、窒素７５．５％、酸素 が残りのほとんど。
これらの分子を何かの装置とかで、＋とか、ー　とかに帯電させることはできるのでしょうか？　どなたか、ご存知でしたら教えてください。

cozycube1 · Accepted Answer

帯電は静電気を帯びるという普通の意味であれば、できない、と考えて差し支えありません。

固体なら静電気を帯びることはよくあります。考えやすいよう、電子が過剰になるとすると、過剰になった電子同士は反発しあい、最も離れた位置で安定します。もし偏りがあると、電子同士が及ぼす力に偏りができて、それで電子が移動します。

なお、このとき、電子自身による電場での電子の位置エネルギーはトータルで最小になります。エネルギー的にも安定だということです。

これが気体だとどうなるかということですね。正負の電荷が等しく混ざっていることは、普通は帯電といいません。やはり、正負どちらかに偏るとするべきでしょう。

空気の分子は無風であれば、均一に分布しています。各分子は自由に動けます。これらの分子に、たとえば電子が1個多い状況になったとすると、分子同士に反発力が働きます。

そうなると、分子同士が離れようとします。閉じ込めていない空気なら、どんどん拡散してしまいます。

すると、空気を容器に密閉して、電荷を与えればどうかということになります。そういう状況を作ったとして、空気は温度がある限り動いていて、密閉した容器に衝突します。

先に申し上げた、電場による位置エネルギーで言うと、空気を含めた容器全体が帯電したとすると、容器表面に電荷が均等に分布すると、位置エネルギーが最小になります。

最初は空気が帯電したとしても、どんどん電荷は容器へと移り、容器表面にだけ電荷がある状態の帯電になります。

こうしたことは、金属で起こることがよく知られています。金属内部にある電子は、全て自由に移動できます。だから電流が流れやすいわけです。

その金属内部の電子は、自由電子と呼ばれ、金属全体が帯電しているか否かに関わらず、電子は全て金属表面に均等に分布しています。空気を密閉容器に閉じ込めた場合と、似た状況です。

hitokotonusi · Answer

高エネルギー粒子を衝突させることで帯電(イオン化)させることができます．このような状態の気体はプラズマと呼ばれます．

気体を減圧して高電圧をかけると放電により電子が放出されますが，この電子と気体分子が衝突してイオン化します．真空度を視覚的に確認するガイスラー管というものがありますが，最初のほうで赤紫に光っている状態が空気分子が帯電した状態(プラズマ)です．

http://www.youtube.com/watch?v=IHJi0WJ-_wA

この動画の暗転して雷のようなものが見えた後がそれです．
さらに後の緑に光っているのは空気分子がなくなった後に電子がガラスを直接光らせている状態なので，これは違います．

psytex · Answer

空気には、水蒸気も含まれています。
いわゆるマイナスイオンは、空気の帯電です。
ドアノブなどを触った時の「バチッ！」とくる静電気も、
静電圧によって空気がイオン化して通電したものです。
同様に、雲や雨における水蒸気の凝結において大気
が帯電し、地面との間で放電したものがカミナリです。

tanuki4u · Answer

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B4%BB%E6%80%A7%E9%85%B8%E7%B4%A0

http://www.nikkei-science.com/page/magazine/1005/201005_098.html

活性酸素はけっこう普通の話
活性窒素もありえない話ではない

帯電は静電気を帯びるという普通の意味であれば、できない、と考えて差し支えありません。