８６スレの>>633さんが10年前にシャワーを出しっぱなしにしていた件に関する考察（第一版） １．発光現象の直接原因について 　１．１　放電現象 まぁ、一口に放電といっても火花放電、アーク放電、グロー放電、コロナ放電などいろいろな形態がありますが、 いずれも電極間の絶縁破壊により電子が移動する状態を示します 電子が移動する為には電極間に電位差なないといけません 簡単に言ってしまえば、火花放電というのは電極間になんらなの原因で絶縁破壊が起き、電子が一挙に電極間 を移動し、その結果電極間の電位差がなくなり放電が止まる現象で、雷とか、セーターなどが脱ぐときにバチバチ いう現象です 電極間の電位差は主に摩擦で発生することが特徴です また、少なくとも一方の電極は帯電できるもの、すなわち静電気を蓄積できるものである必要があります 放電により電極間に低抵抗の回路が形成されますが、火花放電の場合は電位差の現象に伴い放電が終わりますが、 両電極に持続的に電子を供給あるいは吸収する装置を繋げば、放電は継続しておこります これをアーク放電と言います 放電中の電極間の回路は低抵抗ですから、一旦放電が始まれば、電極間の電位差は小さくても放電は継続します 通常電子の供給あるいは吸収は電源に繋ぐという形で実現されます この電源が交流電源であった場合は電圧が正負入れ替わる際に一旦放電は止まりますが、電極間の回路が元の 高抵抗の状態に戻る前に次の電位差が一定値以上になり、放電が再開されます そういう意味では連続ではなく間欠的ですが、このような放電も継続した放電と呼んでいます 直流電源の場合は文字通り継続した放電になります 交流電源の場合は放電が停止している間に回路を高抵抗の状態にしてやれば、簡単に放電の継続は終了します つまり、電極間の距離を離すだけで容易に放電を止めることができます 直流電源の場合は電極間の距離を多少離しても回路の低抵抗状態は継続しますので、簡単には放電はとまりません このように、火花放電とアーク放電は瞬間的に放電が終了するか、放電が継続的に行われるかだけの差ですので、 原理は同じです 従って、放電の開始時、すなわち絶縁破壊が行われるメカニズムは同じです 周囲の環境と電位差がある電極は、放電をしていなくても微量の電子の放出あるいは吸収が行われています 従って、帯電している電極でも、時間の経過とともに周囲との電位差が小さくなる、すなわち帯電の度合いが小さくなります セータを脱ぐときにはそれまで着ていたときの運動に起因する帯電により火花放電がおこりますが、脱いだセータを一晩置いておいて 次ぎに着るときにはまず火花放電はおこりません これは一晩置いておいた間に帯電状態がかなり小さくなっているからです さて、電極のこのような電子の放出により電子とぶつかった周囲の環境の分子はそのエネルギーにより電離します 電離というのはそれまで分子にとらわれていた電子が分子から放出されることで、放出した電子は分子のくびきから解き放たれ、 勝手に飛んでいきますし、電子を失った分子は失った電子の電荷分、電子と逆の電荷を帯びることになります これをイオンと呼びます（正確には陽イオンですね、逆によけいに電子を抱え込んだ状態の分子のことを陰イオンといいます） 電子を失ってイオンとなった分子は正の電荷を帯びているわけですから、電極のうちの陰極側に引き寄せられて衝突します この衝突のエネルギーで、二次的に陰極側から電子が放出されます この電位差に直接起因する陰極からの電子の放出と二次的な電子の放出量が両極間あるいは周囲への電子の損失を 上回ったとき、回路に存在する分子の電離化は一挙に加速し、回路の抵抗値が下がり大電流が回路に流れるようになる これは火花放電の開始時の現象です 一方、電極が尖っている場合、こういうのを針電極と言いますが、針電極の場合は電子の放出吸収が針の先端から行われ、 その結果針電極の周りに不均一な電界が生じ、電界の強い部分における分子の電離が他の場所より進行することがあります すなわちそこの部分だけ低抵抗となり、局所的な放電状態となります 局所的な放電状態が発生すると、針電極と他の電極の間の電位差が一時的に弱まりその放電は停止します 局所放電が停止すると電位差が復活し、再度局所放電が発生します この状態の放電をコロナ放電と言います コロナ放電の場合は個々の放電の規模が小さいため、大電流が流れることはありません コロナ放電状態の電極の電位差を人為的にあげれば、局所放電領域が広まり、やがて花火放電に移行します もっとも電位差が高周波、すなわち高周波交流電源に接続した針電極の場合は局所放電による針先の電子不足あるいは 吸収過多が起こりませんので、局所放電を維持したまま、両極間に大電流が流れることになります さて、グロー放電ですが、これは放電しやすい環境を人為的につくってやった場合の放電で、発光している蛍光灯の中が この状態の代表例です 自然界でグロー放電が生じるためにはそのような通常とは大きく異なる環境になっている必要があります 他にもいろいろと放電現象と言われる現象はありますが、本論すなわちシャワー事件には関係なさそうですし、 だらだらと長くなってもつまりませんので割愛します 興味ある方はご自分でお調べくださいませ 　１．２　放電現象における光と音 いずれの場合にせよ、放電中は電離という現象が継続的に発生しているわけで、分子からマイナスの電荷をもった電子が飛び出す、 この急激な電荷の変化を起因とする電磁誘導により、電磁波が発生する 簡単に言うと、それが放電現象における発光です また電離により質量を持った電子が飛び出す結果、イオンとなった元の分子は激しく揺さぶられます 簡単に言うとこれが放電現象における高温の発生です 高温になると気体は膨張しようとしますが、分子間力の為に分子は膨張に伴う拡散はそう容易にはできません ゆっくり温度が上がれば別ですが、急激な温度上昇は気体の圧力上昇という形で顕れます つまり、放電で光っているところは高温高圧状態になるということですね この高圧は、弾性波として周囲に伝わります 簡単に言うと、これが放電開始に伴う音です 放電中は分子あるいはイオンの拡散により圧力は一定に保たれますし、拡散、いわゆる膨張による冷却によって温度も一定に保たれます 放電終了とともに、熱の供給が絶たれますので、分子の慣性による膨張の持続により、電炉であったところは急速に冷却され、圧力も低下します この圧力低下が弾性波として周囲に伝わります 簡単に言うと、これが放電終了に伴う音です 以上のようなメカニズムが働きますので、火花放電では比較的大きな音が瞬間的に発生しますが、アーク放電では 特に直流の場合は放電開始終了を除いて音は発生しません 交流アーク放電では、放電が電源の周波数に合わせて断続しますので、電源周波数の２倍の周波数の音が発生します コロナ放電の場合は電流値も小さく、さほど高温高圧にはなりませんので、音が発生したとしても非常に微弱なものです １．３　放電現象とシャワー事件の関連 さて、>>633の記述によれば、最初気づかれたのは音ですね 花火が散っている様な、とか、シャワーが撥ねた音がおかしく、とかいう表現から、連続的な音ではなく、断続的な音でしょうかね パチ、パチパチ、パチ・・・・パチパチパチ ってな感じでしょうか また、光についても、線香花火かのように火花を散らしてるっぽい、と表現されていますね これもイメージとしては断続的な感じがします この二つの現象を上記の放電現象に当てはめて見てみると、一番近いのはセーターでしょうかね つまり、比較的小さな火花放電が断続的に起こるというものです １．４　他の発光現象の可能性 発光現象として放電以外のものは多々存在しますが、地表付近で起こりうる発光現象というのは限られてきます 代表的なものに地表から放出される可燃性ガスの燃焼があります これは継続的な場合もありますし、突発的な場合もあります ガスの主成分としては天然ガス、すなわちメタンガスですね まあ他のガスの場合でもそうですが、ガスの燃焼は放電に比べると極めてゆっくりした反応ですので、 断続的な花火が散るような音に関しては否定的ですし、発光そのものも線香花火かのようにというのは考えにくいです 希に金属粉や炭化水素の粉末が空中に漂い、それが燃焼することもありますが、 このような現象では５分という持続時間および発光の場所がかなり限定されているという点が説明しにくいですね １．５　妖怪の仕業の可能性 これは否定できないです １．６　発光現象の直接原因についてのまとめ 以上の考察により、可能性の高い物として ・断続的な火花放電 ・妖怪の仕業 の二つが残ったとおもいます ２．発光現象の間接原因について ２．１　帯電の原因 火花放電の場合、それを発生させるためには電極間の電位差が必要となります 電位差を生じさせるためには電極を電源に繋ぐか、帯電させるかの２つが考えられますが、 ここでは帯電について考察します 自然界における帯電のほとんどは摩擦によります 雷しかり、セーターしかりです 一方、摩擦以外を考えてみると、電磁誘導というものが考えられます さて、ここで注目するのが電化鉄道の存在です 鉄道の電化方式というのは、他の電力と異なり、非常に特徴的な物です 家庭用電力でも、産業用電力でも、普通は元線は３相交流です 単相交流の場合は行き帰り（交流ですから行き帰りは交互に交代します）の２本の電線が必要ですから、３相交流は６本必要なのですが、 行きか帰りの線を共通することにより電線は４本で済みます また、３相の位相がそれぞれ正確に１２０度で、電流値が同じであれば、共通の線には電流は流れません 従って、共通電線はなくてもかまいません もっとも普通の場合は共通部分はアースして、電力回路自体が環境より異常に高圧になることを防いでいます 従って、単相交流に比べて電線数は１．５倍ですが、３倍の電力を供給することが出来ます 同じ電力量とすれば、単相に比べて３相は電線数が半分で済みます 産業用動力機械ではこの３相を直接使いますが、照明器具や家庭用の場合は３相から単相に変えて使っています この場合は３相から三つの単相を引き出し、それぞれの電力負荷をだいたい同じになるようにします 電化鉄道の場合は通常１本のトロリー線がレールの上方に張られているだけです 行き帰りで言えば、どちらか一方の役目はレールが果たします つまり、レールの上を歩くという行為は、裸電線の上を歩く行為と同じです まぁ、レールはアースされてますから、余計なことをしなければ感電することはありません いくらレールに大電流が流れようとも、です さて、電化方式としては、大きく直流電化と交流電化に分けられます 直流電化の場合は日本の場合、その定格電圧は１，５００Ｖが多いです 交流電化の場合は在来線では２０，０００Ｖが多く、新幹線は全て２５，０００Ｖです 交流電化の周波数は、東日本では５０Ｈｚ、西日本では６０Ｈｚというのが標準です で、レールはアースしてありますから、レールの電位は０Ｖです 従って、直流電化の場合はトロリー線は常に５，０００Ｖの電位を 交流電化の場合は在来線だったら＋２０，０００Ｖとー２０，０００Ｖを行き来しています （実際のピーク電圧はその約１．４倍ですけどね） じゃぁ、電車なり電気機関車なりの方はどうかというと、最近のものではその動力電動機は ３相誘導電動機が使われています かご形が多いのか、巻き線型が多いのかは知りませんが、構造がより簡単なかご形が多いんじゃないでしょうかね で、直流電化にしろ交流電化にしろ、その電源をそのまま動力電動機にぶち込むわけにはいきません 直流電化の場合はインバータを介して３相交流にして動力電動機にぶち込みます 交流電化の場合はコンバータで直流に直して、インバータで３相交流にしています シャワー事件は１０年以上前とのことなので、動力電動機とし直流電動機を使っている 電車なり電気機関車がまだ走っていたのかも知れません 直流電動機の場合は並列直列切り替えと抵抗器を介して電圧制御することで速度調整をします 直流電化の場合は電源をそのまま電源として使えますが、交流電化の場合は整流器を介して 直流に直した上で、並列直列切り替えと抵抗器で電圧制御します 他にもチョッパー制御とかありますが、割愛します さて、地上設備の方を見てみますと、トロリー線、これはまぁ電線ですから、電気抵抗は少ないけれども ある抵抗値を持ちます すなわち、トロリー線ではその抵抗により電力が消費されますので、あまりにも長いトロリー線だと 実際の列車のところで電圧降下が大きく、動力電動機が所要の動力を発生できません 従って、ある区間で電気的には独立させ、そこに電源となる変電所を割り当てます 直流電化では電圧が低いので、トロリー線には大電流が流れます 従って、電気的な独立区間は比較的短くなります 交流電化の場合は電流量は少ないので、比較的長くなります さて、直流でも交流でもそうですが、電流は変電所からトロリー線、列車、レールというふうに伝わっていき、 最期は変電所に戻ります すなわち、変電所から列車の間だけ電流が流れていて、その他の区間は電流は流れていません 目の前のトロリー線やレールは、列車の通過とともに電流が流れ出し、どこかの変電所をその列車が通過したときに電流の流れは止まります 若しくは、列車がどこかの変電所を通過したときに電流が流れ出し、目の前を列車が通過したとたんに電流の流れは止まります 列車がその区間にいなかったり、駅などで停車しているときには若干のサービス電源用の電流は流れてはいますが、大電流が流れることは ありません トロリー線やレールに電流が流れると、そのトロリー線やレールを軸として回転する方向に磁界が発生します 磁界がいくら強かろうと、その磁力に変化がなければ電磁誘導は発生しません 電磁誘導は磁力の変化に応じて発生します 従って、交流電化では常に電磁誘導が発生していますが、よほど電流に急激な変化がなければ、帯電をキャンセルするように電磁誘導が作用します 直流電化の場合は、電流は一方向なので、電流の変化に応じて帯電をさせる方向で電磁誘導が作用します もっとも、トロリー線とレールの電流の方向は逆なので、トロリー線からの磁界とレールからの磁界は磁界自体をキャンセルする方向で働きます 従って、鉄道線路からの距離が重要な問題として発生します つまり鉄道線路から近い場合はトロリー線あるいはレールの近い方の影響が大きくなりますが、鉄道線路から遠い場合は磁界自体がキャンセルされます 一方、直流電化の列車にとっては常に電流の方向が決まっている物があります 集電装置から制御装置までの電路です 例えば、その鉄道線路に緩やかでも傾斜があれば、上り列車は常に力行運転、下り列車は常に惰行運転という状況が考えられます あと、カーブの位置、駅の位置、いろいろ原因は考えられますが、常に帯電する方向で電磁誘導が発生する状況になっていることも充分にありえます また、集電装置の形状、昔は純粋なパンタグラフ型が主流でしたが、これは磁界自体をキャンセルする作用がありますが、１０〜２０年前であれば、 シングルアーム形式のものも普及してきており、これは磁界自体をキャンセルすることができません 電気機関車の場合はシングルアーム形式のものでも互いに違う向きのを一対持つのが普通で、両方ともあげていれば磁界自体をキャンセルする方向に 働きますが、片方だけあげて運用する場合も多く、この場合はキャンセルできません 電車の場合は電動車両の数に応じて複数設けられますが、だいたい同じ方向を向いているのが普通です そして、一回の列車の通過では仮に帯電したとしてもたいした強さの帯電ではないでしょうが、自然に電子が放出あるいは吸収されて帯電状態が 元の状態になる前に次の列車が来れば、帯電はちょっとだけ強まります 列車が通過するたびに強くなっていきます そしてそれが毎日繰り返されることになります 塵も積もればなんとやら ２．２　帯電する物質 物質には電気を通しやすい導体と電気を通しにくい不導体とわけのわからない半導体があります 半導体はその組み合わせでいろんな挙動をしますので、棚に上げておきます 導体は通常電磁誘導で電子の偏りが生じても、すぐに元に戻ります 導体で帯電するのはそれが幾何学的にコンデンサを形成する場合だけでしょう 不導体の場合は帯電します 電磁誘導で電子の偏りが生じても、電子はなかなか元の位置にもどってくれません 戻らないうちに次の電磁誘導がくれば、ますます電子の偏りが生じます 従って、犯人捜しは不導体ということになります そこで注目したのが道路です 道路と言うからには自動車も通るのでしょう 自動車用の内燃機と言えば、ガソリン機関か、ディーゼル機関でしょうか ガソリン機関はガソリンを燃料とします 厳密な定義は知りませんが、沸点が３０℃〜２２０℃の範囲にある石油製品および中間製品の総称で、 自動車用ガソリンはJISで規格化されています だいたい炭素数４〜１００の炭化水素が主成分で、硫黄や窒素化合物が不純物として含まれます これが燃焼すると、ほとんどが二酸化炭素と水になりますが、硫化物や窒素酸化物が若干発生します まぁ、総じてクリーンな排気なので、ガソリン機関の影響はまず無視していいかと思います 自動車用ディーゼル機関の燃料は軽油です 軽油は沸点範囲が１８０℃〜３５０℃の石油製品で、かなり炭素数の多い分子も含まれますし、 １０年以上前であれば、そう規制も厳しくなかったですから、高沸点留分や不純物も多いです 従って、燃焼の結果としての排気は、あまりクリーンとは言えません（でした） で、クリーンでない排気のうちの気体でない成分、これはあちこちに付着することになります まぁ、付着しても、雨で洗い流されることも多いですけどね で、このディーゼル機関の排気による付着は粘性があるのが一般的ですから、ディーゼル機関の排気由来以外の 空気中の気体でない成分もついでに付着することになります また、今はどうか知りませんが、昔の農耕者は石油機関と言って、所謂内燃機に使用することを想定していない 灯油（成分自体は軽油と大差なし）を燃料に使っているものもありますから、下手人の一人として考えられるでしょう で、ここでモクセイの登場です 単にモクセイと言えば、ギンモクセイのことらしいですけど、まぁキンモクセイも似たようなもんでしょう 常緑樹です 当然ディーゼル機関の排気の被害を受けます しかし、通常は雨で流されて、そう目立つ被害を受ける物ではありませんが、こういう葉っぱの場合は 葉っぱの裏には雨は当たらないという特性があります 常緑樹の葉っぱには空気を通すための小さな穴がいっぱい開いていますが、雨で濡れると呼吸が出来なくなりますから、 だいたい葉っぱの裏にこの穴はよくついています つまり葉っぱの裏は雨には流されない もちろん付着物がある程度大きくなったり、嵐でもくれば、付着物にとって歯の裏は安泰の地ではありませんが、 ある一定期間、目に目立たない程度の付着物が歯の裏についていることはよくあることです で、ディーゼル排気以外のものも一緒にくっついている まぁ、容易に帯電しそうなものが付着物にはあると考えて差し支えないでしょう ２．３　放電の断続性および維持時間 さて、帯電しそうな物質は想定できました 帯電のメカニズムの説明自体もすることは出来ました 次ぎに考察するのは放電の仕方ですね じわじわと帯電を強めていったという想定ですから、一挙に葉の裏から付着物が電光攻撃を開始するとは思えません 普通だったら、電位差が限界点に達するまで帯電した付着物から散発的に放電が行われると考えるべきでしょう おそらく普通の状態であったらそうですし、列車の通過により電位差が限界点に達して放電が行われたとすれば、 まず放電の音には気づかないでしょうし、昼間であれば、葉の裏が光ったところで気づかないでしょう 夜でも列車の窓からの光があるでしょうし、気づきにくいんじゃないですかね ということは、放電の直接の原因は電位差の上昇ではなく、限界点の降下と考えるのが妥当でしょうかね つまり環境の変化です 当日の季節やら気象やらには言及されていませんが、少なくとも雨は降っていなかったように読み取れます で、時間的には夜遅く つまり少なくとも気温はゆっくり下がる傾向にあったと判断していいでしょうかね まぁ、気温の低下だけでは何とも言えませんが、気圧配置の緩やかな変化とか、そういうのと相まって、 限界点がじわじわと下がっていった そして、電位差が強い（もちろんそれだけでなく電極間の距離とか形状もありますけど）ものから微弱な火花放電がはじまる パチ そして パチパチと 電位差とか距離とかの自然が勝手にするものにはガウス性があり、要は強く帯電しているのは少ないが、ある程度帯電 しているものは多い、そして、弱い帯電はまた少なくなる、そういう性質があります 従って、やがて放電の宴もたけなわになると、シャワーが撥ねる音がおかしくなるほどの音になる シャワーを終えて、くもりガラス越しに光に気づく頃にはもう宴も終焉に向かい、だんだんと電位差が小さな、すなわち放電エネルギー の少ない放電が散発的となり、放電できるものは全て放電を終え、宴は終わる もちろん、どなたか指摘されていましたが、気象的な環境の変化でなく、宇宙線による電離現象という環境変化というのも 充分に考えられると思いますです ２．４　青白さの検討 これは青白く見えるのかどうかは何ともですが、以上のように放電はモクセイの葉の裏で行われたと推測していますので、 まずその光は葉に当たり、その反射が周囲の葉とか幹とかにあたり、くもりガラス越しにそれを見る まぁ、可能性があるようなないいような、ですけどね ２．５　においに対する考察 さて、匂いですが、文字で錆くさいとか、鉄くさいとか書かれても、あぁあれあれ、って思える人はそうはいないとは思いますが、 ここは文字通り鉄に関係するとしましょうかね これの推測は簡単です 近くに鉄道があれば、鉄粉が舞うのは常識です 確かに加減速時や曲線通過時にくらべると、鉄粉の量ははるかに少ないでしょうが、レールの継ぎ目でも多くの鉄粉は舞いますし、 なにもないところでも微量の鉄粉は舞います それが、葉の裏に付着した そして、放電による高温で何かと反応して臭いの元となった ディーゼル排気の硫化分も臭いの元としては候補に挙がりますが、鉄のにおいに感じるかどうかはわかりません ３．考察のまとめ 近くの道を走ったディーゼル車の排気を起因として、モクセイの葉の裏に付着したものが、列車の通過により帯電し、 運悪くシャワー中に火花放電の宴を始めた こんなもんですかね まぁ、>>633と>>638の書き込みを読んで、こういうことが想定されるなぁ〜って思った内容です でまぁ、これがどのくらいの可能性があるかの確認のために>>654と>>655で質問したわけですが、回答が ありませんでしたので、これ以上の考察はありません 回答次第では、この考察は全く成り立たないこともありますので、その点はご留意くださいです にせんじゅうねんにがつじゅうににち じや 2010 (c) Copyleft JIYA