稲妻を安全に観察する方法を考えよう

安全に稲妻を見る方法はあるか？

地球において最強の放電現象ともいわれる雷は、雲の中に溜まった静電気が一気に放出されることで生じます。
では、なぜ空気の中を電気が流れ、雲の中に静電気が溜まるのでしょうか？
雷が発生する原理を見ていきましょう。

通常、空気は電気を通さない絶縁体で、電流は金属や水などの電気を通す物が無い限りは流れません。
しかし、電圧（電気を流そうとする圧力のような物）が一定以上になると、絶縁が破れて空気中を電気が流れるようになります。

ちょうど、水槽のガラスが限界以上の水圧を受けると、割れて水があふれ出すようなイメージです。

空気の中を電流が通る現象は、放電現象と呼ばれます。
放電の通り道にある気体の分子は高エネルギーでプラズマ化して光を発し、目に見えるようになります。

私たちが最も身近に見られる放電には、冬になって多くの人が嫌な目に合う静電気の放電があります。
暗いところで見れば、パチッという感触と共に、小さな火花のような稲妻が走るのが分かります。

雷も冬にセーターで生じる静電気と同じですが、規模は人間が使っている物とはけた違いです。
電流は数万～数十万アンペア、電圧は1億～10億ボルト以上、電力で平均900ギガワット（100ワット電球90億個分）にもなります。

これに対し、普通の静電気は3000ボルトぐらいで、放電が生じる距離はおおよそ1mmかそれ以下です。
1mm程度の距離では火花にしか見えず、「稲妻」として観察出来ません。

3000ボルトでも十分強いように思えますが、1mの距離の放電を起こすのには、なんと約300万ボルトもの電圧が必要となります。
目で見てわかるような稲妻を作るには、とてつもなく強力な高圧電流を発生させる装置を使わなくてはいけません。

研究所のようなところでない限り、普通はそんなものは手に入りません。
スタンガンのような物もあるとはいえ、それでも放電距離は短い上に、危険であることは一緒です。

そこで発想を逆転し、安全な電圧のレベルで「観察できる稲妻」を発生させる方法を考えてみましょう。
使用するのは、圧電素子という道具です。
耳慣れない名前ですが、実は身近によく使用されている物で、非常に簡単に手に入ります。

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