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<大前提の確認>
気圧が低いと放電しやすい ← 間違ってませんよね?

<質問>
何が要因で放電しやすくなるのですか?

気圧が低いと乾燥するから・・・

解説をお願いします。

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A 回答 (5件)

No.3です。

「お礼」に書かれたことについて。

 「気圧が低いと放電しやすい」というのは間違っていると書きましたが、調べてみるとそうではないようです。
 確かに、真空放電など、ごく微量の気体が存在するとき、放電現象が起こりますね。(ネオンやアルゴンガスをごく微量封入して、いろいろな気体ごとの色で放電します)

 従って、No.2は撤回します。

 Wikidediaの「放電」にも、「典型的な放電は電極間の気体で発生するもので、低圧の気体中ではより低い電位差で発生する」と書いてありました。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%94%BE%E9%9B%BB

 この理由を調べてみると、どうやら、通常の気圧では、電極によって電離した気体分子や電子は、他の気体分子に衝突して移動距離(平均自由行程)が小さいが、気圧が下がることにより、衝突する他の気体分子が減って移動距離(平均自由行程)が大きくなる、ということのようです。
 電子や気体イオン(放電の主役は電子の方でしょう)の平均自由行程が大きくなれば、それだけ放電しやすくなるということです。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%B9%B3%E5%9D%87 …

 こちらの文献にも、電子の平均自由行程の話と「低気圧中では低い電圧でも放電が生じる経験的事実」の関連が説明されています。(p-61の最後の方~p-62冒頭)
http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1 …


 従って、「気圧が低いと放電しやすい ← 間違ってませんよね?」は「Yes、正しい」です。
 その理由は、「空気の気圧による、電離した電子の平均自由行程」ということのようです。

 国際規格の「①空気圧、②標高」は、この理由から設けられている設計条件なのでしょう。


 誤った回答で混乱させて、申し訳ありませんでした。
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この回答へのお礼

ご丁寧な回答ありがとうございます。
非常に分かり易く助かりました。

お礼日時:2015/07/16 08:01

No.4です。



失礼しました、撤回するのは「No.3」です。
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>気圧が低いと放電しやすい ← 間違ってませんよね?



 間違っています。
 気圧が低い「高真空」は絶縁耐力が大きい(放電しにくい)ので、高圧電源のしゃ断に「真空遮断器」というものが使われています。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%9C%9F%E7%A9%BA …

>気圧が低いと乾燥するから・・・

 乾燥すれば、放電しにくくなります。

 なお、空気中の「水蒸気量」が同じであれば、温度が下がれば「相対湿度」は高くなります。温度が下がることによって「飽和蒸気圧」も下がるからです。
 質問者さんの言っていることが、例えば飛行機で上昇するとか、高い山に登るなどの「気圧とともに温度も下がる」条件であるとか、あるいは急激に気圧を下げる「断熱膨張」を指しているとすれば、その場合には温度低下によって「相対湿度」が高くなり、場合によっては「結露」しますので、放電しやすくなることはあり得ます。それは「気圧」ではなく「温度」による相対湿度の影響です。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

申し訳ありません。追加で質問があります。

今回の質問した目的が、「標高が高くなれば、電気製品の絶縁距離(空間)を広くとらなければならい」というところから、何故、距離を広くとる必要があるのか?その要因を知りたく質問させて頂きました。

IEC(国際規格)にも、空間距離の絶縁耐力の影響要素として、
①空気圧
②標高
③温度
④湿度
が上げられています。

③温度、④湿度が、絶縁耐力に影響するのは理解できるのですが、
①空気圧、②標高については、分かり易く説明できるほど理解できていません。

影響する要因の詳細を、物理素人でも理解できるよう、ご説明頂けないでしょうか?
よろしくお願い致します。

※最初の質問が漠然としており、大変申し訳ありませんでした。

お礼日時:2015/07/15 08:49

気圧と放電の相関関係はほとんどありません。


一番影響があるのは湿度です。
低気圧が近づくと天気が悪くなることが多いので、
湿度が高くなって放電しやすくなるという三段論法では
ないでしょうか?
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時:2015/07/14 15:57

つまり圧が低いってことだからでは??


障害が低くなる
私は体調不良なので 低気圧だと元気になります・・
天気予報代わりかも・・??
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

お礼日時:2015/07/14 15:15

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Aベストアンサー

私が全く知らない高校生にする説明です。

簡単に言うと放電は電子を電圧で加速してやって、気体分子に衝突させた時に発光する現象です。(正確にはもうちょっと段階がありますが。)

このとき、十分に電子が加速されるほどの気体分子の密度であれば、加速された電子との衝突で気体分子は発光します。大気の状態ですと気体分子の密度が多く、電子は加速できません。(=導通しません。絶縁です。)

ですから、気圧をちょうど良くさげてやれば放電しやすくなります。


説明は正確ではないですが、イメージとして捉えるのであれば、こういう感じだと思います。

Q低電圧での絶縁破壊について

空気の絶縁破壊は一般に1mmで3kvと言われていますが、
2mm離した(鋭利でないただの鉄板と仮定)電極をわずか500v程度で強制的に絶縁破壊を起こさせたいのですが、強制的に絶縁破壊を起こさせる方法はあるでしょうか?

Aベストアンサー

気体の絶縁破壊電圧(火花電圧)は一般にパッシェン(Paschen)の法則に従います。
平行平板電極などの平等電界条件におけるパッシェン曲線は高電圧工学の教科書等によく掲載されています。
具体的には、絶縁破壊電圧は、気圧pと電極間距離dの積(pd)の関数となります。
空気の場合、大気圧=10^5 Pa×0.1 cm = 10^4 Pa・cmの絶縁破壊電圧は約3 kVとなります。
この状態からpdを減少させていく(電極間距離dが一定の場合は気圧pを下げる)と、絶縁破壊電圧は減少(両対数グラフに描くとほぼ直線的に減少)します。そして空気の絶縁破壊電圧の極小値は約300 Vで、このときのpd値は約10^2 Pa・cmです。
なお、それ以上にpdを下げると逆に絶縁破壊電圧は急上昇します。
問題の電極間距離d=2 mmの平板電極の場合、上記絶縁破壊電圧の極小を与える気圧pは約500 Pa (=100/0.2)です。
500 V程度で絶縁破壊を起こすならもう少し気圧を高くしてもOKです。

ということで、低電圧で絶縁破壊を起こすには、まず気圧を下げる方法があります。
なお、これは気体を空気に限定した場合のことで、特定の気体を封入すると著しく絶縁破壊電圧が減少します。

詳しくは、絶縁破壊が起こるには気体中の原子・分子が何らかのエネルギーにより電離され、得られた自由電子が外部電界により加速し、別の原子・分子に衝突して二次電子放出を起こし、累積的に自由電子数が増大する(電子雪崩を起こす)必要があります。
この「何らかのエネルギー」とは、一般には宇宙から降り注いでいる放射線などです。
この状態でさらに外部から強制的に光を照射するなどすると、さらに気体原子・分子の光電離により自由電子数が増大し、絶縁破壊が生じやすくなります。
また先ほど言いかけた話ですが、ペニング(Penning)効果などがあります。
これは、例えばNe中にArを0.1%混合すると、放電開始電圧は約1/4に減少するといった現象です。
これは準安定準位を持った原子・分子による寄与です。

ということで、結論としては絶縁破壊電圧を下げる方法は次のようになります。
(1) 気圧を特定値まで下げる。
(2) 光照射などの外部刺激を与える。
(3) 混合気体などの気体効果を考える。

ちなみに、針電極などの不平等電界下では絶縁破壊電圧は著しく減少します。

気体の絶縁破壊電圧(火花電圧)は一般にパッシェン(Paschen)の法則に従います。
平行平板電極などの平等電界条件におけるパッシェン曲線は高電圧工学の教科書等によく掲載されています。
具体的には、絶縁破壊電圧は、気圧pと電極間距離dの積(pd)の関数となります。
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一般的にいわれるのは
大気中:30kV/cm

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ご教授の程よろしくお願いします。

Aベストアンサー

こんにちは。
空中放電は、湿度その他、各種の条件次第で、予想外に低い電圧で発生してしまう事があるようです。

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ですので、ありえるとだけお答えします。

Q放電

何故放電は、とがったところで起こりやすいのでしょうか。

Aベストアンサー

大きさの違う2つの金属球が導線でつながれたものを帯電させたときの
それぞれの球での電界強度をもとめればよいと思います。
理想的な金属であれば、金属全体は等電位になります。
金属が非常に遠く離れているとして(長い導線で結んでいるとして)、
電位は球の表面で、それぞれの金属球の半径R1とR2に反比例、
球に帯電した電荷Q1とQ2に比例するので、
等電位であれば
 Q1/R1=Q2/R2・・・(※)
という関係が成り立ちます。このとき電界強度はそれぞれ
 Q1/R1^2、
 Q2/R2^2、
となり、※からQ1/R1=Q2/R2=Aとおくと
 Q1/R1^2=A/R1、
 Q2/R2^2=A/R2
という具合に半径に反比例します。
したがって、小さな球ほど電界が強くなります
(つまり尖っているほど電界が強くなります)。

大きなシャボン玉と小さなシャボン玉を(ストローなどで)
つないだときに、大きなシャボン玉の方に空気が移って
小さなシャボン玉がしぼんでしまうのとなんとなく似ているような
(平均曲率に比例して(=半径に反比例して)
 表面張力による圧力が強くなるので
 式の上でも似ているといえば似ていると思うのですが)

大きさの違う2つの金属球が導線でつながれたものを帯電させたときの
それぞれの球での電界強度をもとめればよいと思います。
理想的な金属であれば、金属全体は等電位になります。
金属が非常に遠く離れているとして(長い導線で結んでいるとして)、
電位は球の表面で、それぞれの金属球の半径R1とR2に反比例、
球に帯電した電荷Q1とQ2に比例するので、
等電位であれば
 Q1/R1=Q2/R2・・・(※)
という関係が成り立ちます。このとき電界強度はそれぞれ
 Q1/R1^2、
 Q2/R2^2、
と...続きを読む

Qフラッシオーバ=絶縁破壊?

フラッシオーバ=絶縁破壊と考えても良いのでしょうか?
本などを見ていると2つとも言い回しを使い分けているようにも
感じられるのですが、ニュアンスなどの違いについて教えて下さい。

Aベストアンサー

大抵の場合は、フラッシュオーバ(火花放電)=絶縁破壊、と捉えてよいかと思います。

ただ、送電線ガイシのアークホーンのように、火花放電用のギャップを絶縁体から離して取り付けて、火花放電が起きても絶縁物に影響(劣化)が出ない(放電終了後は元通りの絶縁耐力にもどる)ようなケースもあるので、完全に「=」とは言えない場合もあるかと思います。
(固体中だと、火花放電を伴わない絶縁破壊、というのもあるかもしれません。)

ニュアンスとしては
フラッシュオーバは、「火花放電」という物理現象そのものに着目した表現、
絶縁破壊は、「絶縁」という機能の喪失に着目した表現、
と言う具合に、着目点の差による使い分けをしているように思います。

Q温度が上がると気圧は下がる?気圧の意味

温度が上がると気圧はどうなるのでしょうか?
http://www.youtube.com/watch?v=CLvuNAhGX_8
この動画を見て天気のことを勉強させていただいていました。

すると温度が上がると気圧がさがると言っているのですが
これはあっていますか?

僕のイメージでは
空気には目に見えない粒子があり、それが飛び回っていて、
気圧が高いとは、粒子が密集しており、温度が高く
気圧が低いとはその粒子がバラバラに動いており、温度が低い
これはあっていますか?


少しひっかかるのは、袋があるとし、その袋の中から外に押しているのが気圧ですか?
それとも、外から中に教えているのが気圧ですか?

教えてください。

Aベストアンサー

君の考え方にも,動画で見た先生の説明にも,少し無理というか考え違いの部分があります。

1.PV=nRT ・・・・・ この式は閉じられた空間での,乾燥した空気の話しです。
2.夏と冬との海陸の気圧差について,海洋における蒸発の問題が考慮されていません。
3.先生の説明では,冬に何故大陸に高気圧が出来るのか,海洋が低気圧になるのかの説明が不十分です。

1.は他の回答でも触れられています。あくまでも密閉された容器内での,気温と気圧の関係です。自由空間(蓋のない容器)では,下から暖められた空気は上方に逃げて行く為,気圧が下がって低気圧になっているように見えます。
2.夏の太平洋では,昼夜の平均で見れば,陸地よりも海水の方が温度が高く,その為蒸発量も海域の方が遙かに多くなります。湿った空気と乾いた空気を比べると,湿った空気の方が遙かに軽くなります。このため海域の空気は大きく膨張し対流を起こしますが,上昇できる高さには制限があります。上昇範囲の最高高度を『圏界面』と呼び,圏界面より下の対流可能な範囲を『対流圏』と呼びます。夏の太平洋では,膨張した湿った空気の勢力は四方八方へも広がります。これが太平洋高気圧の正体です。台風は,太平洋高気圧の周辺部の,気流の乱れやすい地域(陸地からの冷気と接触する部分)で発生します。
3.冬の陸地は対流(大気大循環のシステム)によって,偏西風帯が南下してくる為,冷気団を抱え込むことになります。海域では日射が弱まる為,夏ほどには高気圧が発達しません。その関係で日本付近には冷気が強く吹き出してくる訳です。

それから,『気圧』の定義についてですが,1.のような容器内ではなく,自由空間での圧力を考えます。『1平方cmあたりの地表面における空気の重さ』或いは『君の肩に掛かる1平方cmあたりの空気の重さ』と定義します。平均的な地表面付近の気圧=1気圧=1013hp はご存じでしょう。

気圧が高いとは、粒子が密集しており、温度が高く
気圧が低いとはその粒子がバラバラに動いており、温度が低い
これはあっていますか?

密閉容器内ではそう言う考え方も出来ます。別の考え方として,
密閉容器内では温度が高くなると,空気分子の熱運動エネルギーが高まり,分子同士の衝突が激しくなって,その結果として気圧が高くなる。逆に,冷えると運動エネルギーを失って気圧が下がる。・・・と考えます。
夏の太平洋高気圧は,非常に大きな密閉容器内での,大量に水蒸気を含んだ(熱エネルギー量の大きい)空気分子の「振る舞い」と,陸地での冷却・乾燥した大気の「振る舞いの結果」と理解しましょう。
解りにくい部分があったら,補足で質問してね。

君の考え方にも,動画で見た先生の説明にも,少し無理というか考え違いの部分があります。

1.PV=nRT ・・・・・ この式は閉じられた空間での,乾燥した空気の話しです。
2.夏と冬との海陸の気圧差について,海洋における蒸発の問題が考慮されていません。
3.先生の説明では,冬に何故大陸に高気圧が出来るのか,海洋が低気圧になるのかの説明が不十分です。

1.は他の回答でも触れられています。あくまでも密閉された容器内での,気温と気圧の関係です。自由空間(蓋のない容器)では,下から暖められた空...続きを読む

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なぜ知りたいかというと。。。

高所に行くと気圧が下がりますよね?それによって空気の密度も下がります。すると例えばエンジンや発電機からの放熱にも影響を与えると思います。
いろいろ調べた僕なりの考えは、おそらく空気の密度が下がることによって熱伝達係数が変化して、いわゆる対流熱伝達の式から求められる熱流の値が変化するのだと考えています。これによって1気圧のときと例えば0.5気圧のときの放熱のされ方の違いがわかると思います。これを求めるには空気の熱伝達係数を知らなければ求めることが出来ません。どうか教えてください。さらに気圧の変化による放熱の変化をずばり具体的に数値で知っている方いらっしゃいましたら教えてくださいお願いします。

Aベストアンサー

電子機器の話はわかりませんが、空気中の熱の移動は伝導ではなく対流によるものが殆どです。
魔法瓶のように真空(低圧)による断熱を使っている製品もありますが、1000、2000m程度では、どうなんだべ?(´・ω・`)

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「電子なだれ」のことをタウンゼント放電というのでしょうか?
また、パッシェンの法則とはどういう関係なのでしょうか?参考URLなどありましたらよろしくお願いします。

Aベストアンサー

タウンジェント放電(Townsend discharge)を英語で検索すれば説明は見つかると思います。
低圧ガスの中にdだけ離れた平面型の冷陰極と陽極をもつ放電管において、電極への印加電圧Vと電流をグラフに描く場合、0Vから電圧を上げていき最初に電流が指数関数的に増大する領域をタウンゼント放電と呼びます。タウンジェント放電は、生成されたイオンが陰極に衝突して2次電子を放出する(γ作用)ために起きるのですが、これらの2次電子が一定以上増えると絶縁破壊を起こして電圧が急低下しグロー放電に移行します。これが電子なだれです。
 この絶縁破壊電圧Vbと、ガス圧pおよび電極間距離dの積すなわちpdとの関係を描いたものがパッシェンの曲線です。パッシェン(Paschen)の法則はこのpdとVbのなす曲線がU字型のカーブになり、最小点が存在すると主張しています。直感的には電極間の距離dが小さい方がVbが小さくなると予想されるのに対して、全く反する結果だといえます。このことをタウンゼント放電のメカニズムから説明することができるのです。具体的な導出課程はプラズマ工学などの教科書に書かれているので調べて頂きたいのですが、pdという積が電極間にあるガス粒子の個数に比例した量であることはおもしろいところです。

タウンジェント放電(Townsend discharge)を英語で検索すれば説明は見つかると思います。
低圧ガスの中にdだけ離れた平面型の冷陰極と陽極をもつ放電管において、電極への印加電圧Vと電流をグラフに描く場合、0Vから電圧を上げていき最初に電流が指数関数的に増大する領域をタウンゼント放電と呼びます。タウンジェント放電は、生成されたイオンが陰極に衝突して2次電子を放出する(γ作用)ために起きるのですが、これらの2次電子が一定以上増えると絶縁破壊を起こして電圧が急低下しグロー放電に移行します...続きを読む


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