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クーロンの法則


概要

帯電した物体がもつ電気を電荷といい、単位にはクーロン が用いられる。クーロンがどういう単位か、下の補足で詳しく扱う。クーロンは人の名前。

大きさが無視できる小さな点状の電荷を点電荷といい、 つの点電荷の間には力がはたらき、それを静電気力(クーロン力) という。その力の大きさは、それぞれの電荷の電気量の積に比例し、距離の 乗に反比例することを、クーロンさんが実験により確かめた。これをクーロンの法則とよぶ。(ちなみに、電気量は電荷の絶対値のこと)

式で表すと、 つの点電荷が距離 離れているときに、両者にはたらく静電気力 は、

で表される。注意点が 点。

  • は負の値でもOKで、 静電気力は、それぞれの点電荷について遠ざかる方向を正として考えれば、この式 つで引力も斥力も表せる(※)
  • 両者に同じ大きさの力が逆向きにはたらく、ここでも作用反作用の法則に従うことに注目

この比例定数 は、電荷の周囲の状況によって異なり、真空中では であると測定されている。

(※)下の図で確認しよう。上が斥力の場合で、下が引力の場合。電荷の符号によって静電気力の符号も決まり、自動で向きが決まるイメージ。

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補足

動画でイメージしたい!という方は、みっきーさんの動画や、物理屋naoさんの動画がオススメ。

電荷の単位について、 クーロン は、 アンペア の電流が 間に運ぶ電気量として定義されていたが、実は 年にアンペア の定義が改定されていて、それにより、クーロン もアンペア 定義された定数から直接構成されるようになった。(興味ない方は飛ばしちゃってください)

まずは、電気素量 (電気量の最小単位のことで、 つの陽子がもつ電荷の大きさ)の値を

と定義する。この定数を用いると、 クーロン

となり、 アンペア 間に電子が

通過したときの電流を表す。このような新しい定義においても、

という単位間の関係式は引き続き成り立つ。

クーロンさんがこの法則を見つけた年は、イギリスが世界最古の日刊新聞「タイムズ」が創刊されたことでも有名。タイムズファンの方は押さえておこう。

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