クーロンの法則の公式と力の向きをわかりやすく解説!

電磁気学
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taniten
taniten

今回はクーロンの法則を解説していくよ!

おっ、なんか聞いたことがあるぞ。

ふうた君
ふうた君
taniten
taniten

この法則は電磁気学の法則の中で最も基本的な法則だよ!
式の意味と形をしっかり追っていこう!

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クーロンの法則

点電荷ってどんな電荷?

クーロンの法則を勉強する前に、まず点電荷について知っておく必要があります。

電荷とは、こちらの記事でも解説しているように、電気を持っている粒子だと考えることができるんでしたね。

粒子なので基本的には大きさを持っているわけです。

しかし点電荷は大きさを持っていない、点状の電荷のことを言います。

大きさを持っていないって言うのはどういうことなの?

ふうた君
ふうた君
taniten
taniten

大きさを持っていないとは、「空間的な広がりがない」ということ。
「体積がない」と言い換えることもできるよ。

クーロンの法則

早速ですが、クーロンの法則の形をみてみましょう。

電気量が\(q_{1}\)、\(q_{2}\)の2つの点電荷があり、その間の距離が\(r\)であるとき、両者を結ぶ直線上には力\(F\)が働く。このとき\(F\)は、
$$F=k\frac{q_{1}q_{2}}{r^{2}}$$
で表される。これをクーロンの法則という。
ここで\(k\)はクーロン定数と呼ばれ、空間の媒質に依存する。

クーロンの法則の式をみてみると、電荷に働く力は互いの電気量の積」に比例し、距離の2乗」に反比例することがわかります。

電気量が大きくなったり、距離が短くなれば、働く力が大きくなるんだね!

ふうた君
ふうた君
taniten
taniten

そうだね。
ちなみにクーロンの法則によって働く力をクーロン力というよ。

クーロン力の向き

クーロン力の式\(\displaystyle F=k\frac{q_{1}q_{2}}{r^{2}}\)をみていると、あることに気がつきます。

電気量というのは正と負の値をとるので、右辺の分子の\(q_{1}q_{2}\)が正にも負にもなるのです。

これによって、クーロン力にも正負の符号がつくのです。

どっちの符号がどの方向を表しているんだろう?

ふうた君
ふうた君
taniten
taniten

力の符号が正の時は斥力負の時は引力になるよ。
次の図を見てみてね。

上の図は、横方向に同符号の電荷を、縦方向に異符号の電荷を並べた図です。

同符号が並ぶ横方向には、それぞれの電荷が遠ざかる向きに力が働いており、このような向きの力を斥力と言います。

異符号が並ぶ縦方向には、それぞれの電荷が近づく向きに力が働いており、このような向きの力を引力と言います。

taniten
taniten

力の符号は電荷の積で決まる。
同符号なら斥力の向き、異符号なら引力の向きに力が働くんだよ!

どちらの電荷にも同じ種類の力が働くんだね!

ふうた君
ふうた君

まとめ

電気量が\(q_{1}\)、\(q_{2}\)の2つの点電荷があり、その間の距離が\(r\)であるとき、両者を結ぶ直線上にはクーロン力\(F\)が働く。このとき\(F\)は、
$$F=k\frac{q_{1}q_{2}}{r^{2}}$$
で表される。これをクーロンの法則という。
ここで\(k\)はクーロン定数と呼ばれ、空間の媒質に依存する。


クーロン力の向きは、互いの電荷が同符号ならば斥力の向き、異符号ならば引力の向きに働く。
taniten
taniten

クーロンの法則はとても大事な法則。
これからも頻繁に出てくるから、その都度確認していこう!

何回も復習して完璧にするぞ!

ふうた君
ふうた君

コメント

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