クーロンの法則と電荷について解説

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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。

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