氷は電気を通さないのですか？ 「Nezha 2」の物理学の知識に気づきましたか?

レビュー専門家: 周洪志、北京理工大学物理・光電子工学学院、上級実験技術者、修士課程指導教員

大ヒット映画『哨戒機 龍虎の拳』を観た後、あなたは「物理的な修行の法則」に気づきましたか？ 「敖冰の哪哪」と沈正道が膠着状態に陥ったとき、物理学の知識が役に立った - 「雷は水中で電気を通す！しかし敖冰の氷は絶縁体だ！」

氷の構造

氷は低温で水によって形成される固体物質であり、その分子構造には特定の特殊性があります。水分子（H2O）は、1 つの酸素原子と 2 つの水素原子で構成されています。酸素原子は部分的に負に帯電し、水素原子は部分的に正に帯電します。これらは共有結合によって結合されており、自由電子が不足しているため、高抵抗の材料を形成します。

氷はなぜ電気を通さないのでしょうか？

物質が導電性であるかどうかは、その物質の体積抵抗、つまりその物質内の自由電子またはイオンの数に反映されます。自由電子の数が多いほど導電性は良くなり、逆もまた同様です。一般的に言われていることは、伝導電流の大きさは電圧と抵抗の大きさによって決まるということです。

純粋な液体の水では、水分子間に強い水素結合があり、形成できる自由電子の数は極めて少なくなります。固体の氷では、水分子が水素結合を通じて規則的な結晶構造を形成します。伝導に利用できる自由電子が少なくなり、バルク抵抗が高くなり、自然な伝導性が非常に悪くなります。

水はなぜ電気を通すのでしょうか？

生命において水が電気を伝導できる理由は、主に他の物質、特に電解質を溶かすことができるからです。

電解質が水に溶けると、正イオンと負イオンに分解されます。たとえば、食塩（塩化ナトリウム、NaCl）が水に溶けると、ナトリウムイオン（Na⁺）と塩化物イオン（Cl⁻）に変わります。これらのイオンは水中で自由に移動し、体の電気抵抗を大幅に低減します。

水に電圧をかけると、イオンが移動し、電流が発生します。これが水が電気を通すことができる理由です。導電性の質は、電解質に含まれる自由イオンの数によって決まります。自由イオンの数が多いほど、バルク抵抗が低くなり、導電性が向上します。

自然環境の水には通常、さまざまなミネラルや不純物が含まれており、水の伝導率が大幅に高まる可能性があります。したがって、私たちが通常「水は電気を通す」と言うとき、実際には不純物を含む水を意味しています。

氷の導電率は以下の条件によって変化することに注意してください。

0 1 不純物の存在

氷に溶解した塩（NaCl など）やその他の電解質が含まれている場合、これらの不純物は自由イオン（Na⁺ や Cl⁻ など）に解離し、氷はある程度導電性になります。たとえば、海水が凍ると、氷は含まれる塩分によってある程度の導電性を示します。

0 2 温度変化

凝固点（0°C）付近では、氷の表面に非常に薄い水の膜が形成されることがあります。この水膜は空気と接触して電解質に溶解し、液体の水の中に自由に移動するイオンが存在するようになり、電気を伝導します。しかし、極端に低い温度（-50℃以下など）では電解質が沈殿し、氷の伝導性がさらに低下します。

0 3 高圧環境

高圧条件下では、氷の結晶構造が変化し、異なる形態の氷が形成される可能性があります。この高圧氷の伝導性は通常の氷とは異なる可能性があり、関連する研究はまだ進行中です。

水と氷が電気を伝導する原理を理解すると、電気の使用の安全性を確保する方法が理解しやすくなります。水と電気の接触は危険を伴うことが多いため、電気安全に関する基本的な知識を習得することが重要です。

電気製品を使用するときは、必ず手と体が乾いていることを確認してください。特に防水設計でない電気機器は、水に触れた状態では操作しないでください。

家庭環境では、すべての電気コードとソケットが水に触れないようにし、コードの摩耗や損傷がないか定期的に確認してください。電気製品を使用する際は、製造元のガイドラインに従い、電気製品に過負荷をかけないようにしてください。

これらの火は絶対に水で消火してはいけません!

火災が発生すると、多くの人はまず水を使って火を消そうとします。実はこの考えは間違っています！突然の火災に直面したときは、冷静さを保ち、火災の種類を分析し、それに応じて消火する必要があります。以下の火災は絶対に水で消火してはいけません。

電気火災

電源を切ることができない場合は、水と泡はどちらも電気を通すので、電気火災を消すために水や泡を絶対に使用しないでください。

消火には二酸化炭素、粉末消火器、乾燥砂を使用し、電気機器や電線から2メートル以上離してください。

高電圧電気設備の火災

適切な接地装置がない場合や電源を切断しない場合は、水を使用して消火しないでください。まず、水は導電性があるため、機器がショートして燃えてしまう可能性が高くなります。第二に、水を使って火を消すと、高圧電流が水柱に沿って消火設備に伝わりやすく、感電による負傷や死亡を引き起こす可能性があるためです。

このタイプの火災では、電源を遮断した後、専門の消防士が適切な保護具を着用して消火する必要があります。