クーロンの法則(coulomb’s law)は、電荷を持つ2つの粒子(物体)の間に働く静電気的な力です。
クーロンの法則は、現在ある電磁気学の体系の中でも非常に重要な式なので、まず最初に覚えておくべき法則になります。
クーロンの法則
距離$r$だけ離れた、2つの電荷$Q_1$、$Q_2$の間に働く力$F$は、次にようになる。
\begin{equation} F = k\frac{Q_1Q_2}{r^2} = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0}\frac{Q_1Q_2}{r^2} \end{equation}
ここで、$\epsilon_0$は真空の誘電率であり、$k$はクーロン定数と比例定数である。
\begin{equation} k = \frac{1}{4 \pi \epsilon_0}\ \end{equation}
クーロンの法則によって成り立つ、静電気的な力のことをクーロン力(または静電気力)と呼びます。
このクーロン力は方向を持ったベクトル量であり、同一の符号をもつ電荷(プラスとプラス、マイナスとマイナス)ではお互いに反発する方向になり、違う符号をもつ電荷(プラスとマイナス)では、お互いに引き合う向きにクーロン力が働きます。
クーロンの法則の直感的な理解
(1)の式を見ると、分子に$Q_1, Q_2$があることから、物体が持っている電荷の値が大きいほど、クーロン力は大きくなることがわかります。
また、分母に$r^2$が登場していることから、距離が離れると、その二乗に反比例して、クーロン力は小さくなっていくことがわかります。
また、分母に誘電率$\epsilon_0$が登場していることから、誘電率$\epsilon_0$が大きくなるほど、クーロン力は小さくなるということがわかります。