「ファラデーケージ効果」を念頭に置いておくと、運転中にこのような状況に遭遇した場合に命を救うことができます。

制作：中国科学普及協会

著者: Yiyan Science Team

プロデューサー: 中国科学博覧会

最近、「道路上の電線に車が引っかかる」という事件が大きな注目を集めています。この状況では、運転手は車から降りることを選ばず、運転を続けました。この行為は一部の人にとっては無責任に思えるが、「幸いなことに、絞首刑にされた人は賢い人だった」と言う人もいる。

これはなぜでしょうか?運転手はケーブルを切断した後に賠償金を支払わなければならないことを恐れませんか？このような状況で取るべき正しいアプローチは何でしょうか?

地面に落ちた電線

（写真提供：veerフォトギャラリー）

命を救うことはお金を失うことよりも大切だ

道路を走行中に車に傷がついた場合、通常は車を止めて降りて点検します。しかし、状況によっては、自分の意志で車から降りることができず、長距離を運転しなければならない場合もあります。例えば、運転中に電線にぶつかった場合、やみくもに車から降りて確認しないでください。

街の上空に架かる送電線

（写真提供：veerフォトギャラリー）

都市に設置されている電線のほとんどは通電されており、中には高圧ケーブルもあります。高電圧ケーブルの電圧は一般的に 10kV を超えますが、中には 750kV に達するものもあります。人体が耐えられる電圧は一般的に36Vを超えず、短時間に人体に流れる5mA未満の電流は、一般的に人体に重大な害を及ぼすことはありません。ただし、長時間電流に触れたり、体が濡れていたりすると感電する恐れがあります。そのため、都市部で送電される低電圧（220V）でさえ、人体の許容範囲をはるかに超えています。

車が電線にぶつかった場合は、車内に留まっていた方が実は安全です。車のボディは金属でできていますが、ファラデーケージ効果により人体にとって安全な「場所」を提供します。

車の金属ボディ

（写真提供：veerフォトギャラリー）

ファラデーケージは、科学者マイケル・ファラデーにちなんで名付けられた、金属または導電性材料で作られた密閉空間です。原理としては、外部電界がファラデーケージに作用すると、ケージの表面の電荷が再分配され、外部電界の影響が中和されます。このとき、ケージ内の電界はほぼゼロとなり、ケージ内の空間は外部の電界の影響から保護されます。

2012年、あるアメリカ人のマジシャンが、重さ10キログラムを超える特製の金属製のコートとヘルメットを着用した。彼は100万ボルトの高電圧下で72時間にわたる連続電気ショックに耐え、身体にほとんど影響がなかった。

そのため、車がケーブルに衝突すると、金属ボディがファラデーケージとして機能し、電流が車内を通過して車内の人に危害を加えるのを効果的に防ぎます。

ファラデーケージ実験

（写真提供：veerフォトギャラリー）

車内の金属部分に手が触れると感電するのでしょうか？実際のところ、心配する必要はありません。たとえ車内の金属部分に手で触れても、人体の電位は車体の電位と等しいため、車内は安全です。

ファラデーケージ効果は日常生活でよく見られる

雨の日に雷雨を避けるのに適した屋内の場所が見つからない場合は、車内に留まるのの方が比較的安全です。万が一、車が雷に打たれた場合でも、車体が「防護シールド」として機能し、車内を雷の影響から守ります。さらに、雷によって発生した電流は雨や濡れたタイヤを通じて地面にも伝わり、車内は雷から守られる安全な場所となります。

実際、ファラデーケージは感電を防ぐためだけのものではありません。

雷と稲妻

（写真提供：veerフォトギャラリー）

電子レンジの構造をよく見ると、ガラスのドアに金属の格子の層があることがわかります。それは何に使われますか?電子レンジは主にマイクロ波を利用して食品を加熱します。構造上の金属シェルとドアの金属グリッドが一緒になって、ファラデーケージに相当する閉じた金属空間を形成します。

この構造設計は、オーブン内でのマイクロ波の伝播を助け、加熱効率と食品の加熱の均一性を向上させるだけでなく、さらに重要なことに、金属シェルの電磁シールド効果により、マイクロ波がオーブン内に閉じ込められ、マイクロ波が人体に及ぼす潜在的な危害を効果的に防ぐことができます。

電子レンジの内部構造

（写真提供：veerフォトギャラリー）

エレベーターは私たちの日常生活で最も一般的なファラデーケージであり、比較的優れた遮蔽効果を持つ「ケージ」でもあります。エレベーターに乗ると携帯電話の電波が弱くなり、その「犯人」もファラデーケージです。エレベーターのかごは金属でできています。ドアが閉まった瞬間から、エレベーターは閉鎖された環境と同じになります。外部からの電磁波が侵入すると、車内の電子が再配置され、外部からの電磁波の影響を打ち消し、遮蔽効果を発揮します。

エレベーターシャフト

（写真提供：veerフォトギャラリー）

さらに、エレベーターシャフトは主に鉄筋コンクリート構造であり、電磁波を遮断して吸収する大きなファラデーケージに相当します。このことから、「ケージ内のケージ」に置かれた携帯電話の信号が弱くなったり消えたりする理由を理解するのはそれほど難しくないことがわかります。

落ちた電線に触れてはいけないことは誰もが知っていますが、あまり近づいて見るのもダメです。

触ることもできないし、近くで見ることもできない。課金されるかどうかわからないからです。高電圧であれば、触れた場合の結果は想像できます。それで、もっと近づいて乾いた木の棒を使って電線をこじ開けることは可能でしょうか?これも安全ではありません。電線が落ちてくる地点に人が近づくと、段電圧が存在するため感電する可能性があります。ステップ電圧とは、電気機器が故障し、接地電流が流入する地点の周辺を人が歩いているときに、人の両足の間に発生する電圧を指します。

電線からの電気火花

（写真提供：veerフォトギャラリー）

電線（特に先端が折れたもの）が地面に落ちると、地面とループを形成します。電流は電線を通って地面に流れるため、電線の接地点の周囲には強い電界が発生します。このエリアを歩くと両足の間に電圧差が生じ、人体に電流が流れて感電の危険が生じます。

このような状況に遭遇したら、大股で逃げればいいのでしょうか？

どちらも走ることはできません。この危険なエリアから脱出したい場合は、ワイヤーが着地する地点から 8 メートル離れるまで、片足で跳ねるか、両足を揃えて少しずつ移動する必要があります。両足の距離が長いほど、ステップ電圧が大きくなり、感電しやすくなるからです。さらに、感電すると筋肉がけいれんし、ひどい場合には失神することもあります。人が地面に倒れた場合はさらに危険です。

結論

人生における「理解できないこと」のほとんどは、科学的に説明することができます。緊急事態に遭遇したときに慌てず、冷静に対応すれば、危機的な瞬間に命を救うことができます。この記事で説明したように、ファラデーケージの原理は、特定の状況でドライバーの命を守るだけでなく、電気の安全性を理解するための重要な窓口も提供します。科学的な方法を通じて、私たちは周囲の世界をよりよく理解し、潜在的な危険に直面したときに正しい判断を下すことができます。

参考文献:

1. Korevaar J、Meyers JLH. 点電荷が等しい場合の球状ファラデーケージと球面上のチェビシェフ型求積法[J]。積分変換と特殊関数、2007年。

2.高性能透明加熱装置のためのファラデーケージ支援PECVDアプローチを使用した垂直から水平へのグラフェン成長の切り替え[J]。先端材料、2018年。

3. 林鄭、李子華、唐磊。ファラデーケージの原理を利用して雷の電磁パルスから身を守る方法について[J]。気象研究と応用、2009年。

4. 李夏。自動車の雷保護に関する簡単な分析[J]。農業開発と設備、2014年。

5. 于娜美、侯徳廷。マイクロ波加熱の物理的原理[J]。物理学紀要、1998年。

6. アイ・フア。高電圧・超高電圧電力ケーブルの主要技術の分析と展望[J]。電気工学技術：2016 年後半。