その他 放電現象：パッシェン則の理解
空気が電気を通すとは、一体どういうことでしょうか。普段は電気を通さない空気が、ある条件下では電気を流すようになる、不思議な現象、それが放電です。放電現象が起こる電圧、つまり放電開始電圧は、気圧と電極の間の距離に関係しているという法則が存在します。これがパッシェン則です。
19世紀末、ドイツの物理学者、フリードリヒ・パッシェンはこの法則を発見しました。彼は様々な種類の気体、様々な気圧、様々な電極間の距離で実験を繰り返し、放電開始電圧を丹念に測定しました。その結果、放電開始電圧は気圧と電極の間の距離の積に関係していることを突き止めました。具体的には、気圧と距離の積が小さいうちは放電開始電圧は下がっていきますが、ある値を境に逆に上昇していくことが分かりました。
この現象を、身近な例で考えてみましょう。雷はまさに空気中での大規模な放電現象です。空の高いところは気圧が低いため、雷が発生しやすくなります。しかし、もし宇宙空間のように気圧がほぼゼロになると、放電は起こりにくくなります。パッシェン則は、このような気圧と放電の関係性を説明しているのです。
パッシェン則は、真空放電管や避雷器など、気体放電を利用した機器の設計に欠かせない知識です。例えば、真空放電管は、内部の気圧を調整することで放電を制御し、光や電子ビームを発生させます。また、避雷器は、雷による高電圧を安全に地面に逃がす役割を果たしますが、その設計にもパッシェン則が役立っています。気体の種類によって放電の特性が異なるため、機器の設計には気体の種類に応じたパッシェン曲線を用いる必要があります。パッシェン則は、私たちの生活を支える様々な技術の基礎となっているのです。
