クーロンの法則は、静電気力としても知られる、2 つの静止した荷電粒子間の力を表します。
ミレトスのタレスは、紀元前 600 年にクーロンの法則を最初に観察しました。静電気を帯びた 2 つの物体は、電荷の性質に応じて、互いに反発したり引き付け合ったりします。荷電物体間の引力または反発力の計算は単なる観測であり、数学的理論ではありません。
1785 年、フランスの物理学者であるシャルル オーギュスタン ド クーロンは、何世紀にもわたって、帯電した 2 つの物体間の反発力または引力の方程式を発表しました。さらに、これは一般にクーロンの法則として知られていました。クーロンの法則では、帯電した 2 つの物体間の静電引力または反発力の強度は、それらの電荷の積に正比例し、それらの距離の 2 乗に反比例すると述べています。
クーロンの法則の原理
2 つの荷電体があり、一方が正に帯電し、他方が負に帯電し、それらの間に距離がある場合、それらは互いに引き合います。一方の物体を変化させずに他方の物体の電荷を増加させると、引力が増加します。
同様に、最初の物体を変更せずに 2 番目の物体の電荷を増加させると、それらの間の引力が再び増加します。したがって、荷電物体間の力はその電荷に比例します。
Q1 と Q2 の電荷を一定に保つと、距離が短くなると 2 点間の力が増加し、点間の距離が長くなると力が減少します。
2 つの荷電体間の距離が d の場合、それらに作用する力は d2 に反比例します。 F ∝ 1/d2。 2 つの均等に荷電された物体間の力は、すべての媒体で同じではありません。したがって、εr は媒体によって異なります。したがって、加えられる力は媒体によって異なります。 F ∝ 1/εr
クーロンの法則の方程式
クーロンの法則によれば、2 つの荷電物体間のエネルギーはそれぞれの電荷に比例し、それらの距離に反比例し、F=k * Q1* Q2/ d2 として数学的に表すことができます
オブジェクト「1」は Q1 (クーロン単位) で充電され、オブジェクト「2」は Q2 で充電され、d は 2 つのオブジェクト間の距離 (メートル) です。文字 K は、クーロンの法則定数 k を表します。
k の値は、荷電物体が浸されている媒体によって異なります。空気については、約9.0×109N/m2/c2の値です。この式では、k がクーロンに置き換えられ、距離と電荷の単位が取り除かれ、力の単位としてニュートンが残されます。
点電荷は、クーロンの法則を使用して記述できます。クーロンの法則は、2 つの物体間の力を正確に表しており、あたかもその電荷がすべてその中心に集中しているかのようです。導電球の電荷は、他の物体の電荷と相互作用します。
球の電荷の中心は、電荷がどれほど均一に分布しているかに関係なく、その中心と見なすことができます。
点電荷は球の中心にあります。クーロンの法則は点電荷に適用されるため、各物体の電荷中心間の距離は式の d です。
Q1 と Q2 は、クーロンの法則の式で相互作用する 2 つのオブジェクトの電荷量です。物体は正または負に帯電する可能性があるため、これらの量は正または負の値で表すことができます。負に帯電した物体の場合、記号は電子が余っていることを示し、正に帯電した物体は電子が不足していることを示します。
「+」と「-」の記号が使用されている場合は斥力が導出され、負の値は引力を示します。
Q1 と Q2 が同じ電荷を持っている場合、力の値は正である必要があります。Q1 と Q2 が反対の電荷を持っている場合、一方が「+」電荷を持ち、もう一方が「-」電荷を持つため、力値は負になります。 .したがって、「逆に帯電した」オブジェクトと「同様に帯電した」オブジェクト間の相互作用は、「逆に帯電した」オブジェクトが魅力的な相互作用を持つという概念と一致しています。
クーロンの法則の限界
他の一般式とは対照的に、クーロンの法則は明確な仮定の下で導出され、自由に適用することはできません。その制限は次のとおりです:
- 対象となる 2 つの荷電粒子間の溶媒分子の平均数が多い場合、クーロンの法則は成立しません。
- クーロンの法則が適用されるためには、点電荷が静止している必要があります。
- 荷電体の次元が制限されていて、点電荷と見なすことができない場合、クーロンの法則は無効です。したがって、クーロンの法則は 10 ～ 15 cm 未満の距離には適用されません。
- 逆二乗の法則は、クーロンの法則に適用されます。逆二乗法が適用される場合にのみ適切です。
- 有効であるためには、粒子間の溶媒分子が両方の電荷よりも大きくなければなりません。
- 規則的で滑らかな形状の電荷はこの式で簡単に処理できますが、不規則な形状の電荷は複雑になりすぎます。
- 任意の形状の電荷は、クーロンの法則の適用を困難にします。したがって、電荷が任意に成形されている場合、電荷間の距離「d」を決定することはできません。任意の形状の荷電体の中心は正確に決定できないため、距離 r を正しく決定することはできません。
結論
電気力はクーロンの法則の2乗に反比例します。さらに、この法則は、一般的な場合にガウスの法則を正確に導出するために使用されます。静止電荷は、クーロンの法則に従って次の特性を発揮します。同じ電荷は互いに反発し、異なる電荷は互いに引き合います。
クーロンの法則のベクトル形式は、電荷によって生じる電界の方向を示します。 2 つの負の電荷は互いに反発し合い、正の電荷は負の電荷を引き付けます。物理学では、電荷は引力線に従って作用します。
