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に存在する力を表しています。
クーロンの法則は、2 つの荷電体の中心を結ぶ線に沿って作用します。この法則は、2 つの帯電したエンティティ間の力と距離の逆二乗関係を表すため、クーロンの逆二乗法則としても知られています。クーロンの法則は、ニュートンの万有引力の法則と電気的に等価であると見なされています。これは、それが導出する関係が 2 つの大きな質量の間に作用する重力に非常に似ているためです。
クーロンの法則とは?
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、距離に反比例します。これは次のように数学的に表現できます:
F=k * Q1* Q2/ d2
オブジェクト 1 は Q1（クーロン）で帯電し、オブジェクト 2 は Q2 で帯電し、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。空気に関しては、その値は約 9.0 x 109 N /m2 /c2 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削除されます。これにより、ニュートンが力の単位として残ります
クーロンの法則の重要な側面
- クーロンの法則に従い、静電気力は 2 つの点電荷の大きさの積に正比例し、それらの間の距離の平方根に反比例します。
- SI 単位は k =1/4₀ で、その値は 9 × 109 N m2/ C2 です。 ε0 は自由空間または真空の誘電率を表し、ε0 の値は 8.85 × 10-12 C2N-1m-2 です。
- 電荷 q1 は常に、2 つの電荷を結ぶ線に沿って電荷 q2 に力を加えます。 r12 は、電荷 q1 から q2 を指す単位ベクトルです。また、q2 によってかけられた電荷 q1 に対する力は r12 に沿っています。
- SI 単位では、真空中のクーロンの法則は F21=1/4₀.q1.q2/ r2 r21ˆ の形式を取ります。中程度の誘電率 ε では、2 つの点電荷間の力は F21=1/4.q1 で与えられます。 .q2/ r2 r21^.
与えられた媒体の比誘電率 εr =/₀。真空または空気の場合 ∈r =1、その他すべての媒体の場合は ∈r> 1.
- 真空以外の媒質中の 2 点電荷間の力は、ε> ε0 であるため、常に真空中の力より小さくなります。
- 1 クーロンの 2 つの電荷が 1 m 離れている場合、それらの間の静電力は次のように計算されます:
|ふ| =9×109×1×1 / 12=9× 109N
- これは膨大な量で、ほぼ 100 万トンの重量に相当します。実際には、1 クーロン電荷に遭遇することはありません。日常の電荷は、マイクロ クーロンまたはナノ クーロンで測定できます。
- ニュートンの万有引力の法則は、クーロンの法則と同じ構造を持っています。この 2 つは、粒子間の距離の 2 乗に反比例します。 2 つの電荷点は、その大きさに正比例する静電力を生成し、2 つの質量は、その大きさに正比例する重力を生成します。ただし、これらの法律はいくつかの重要な点で異なります。
- 2 つの質量間の重力は常に引力ですが、2 つの電荷間のクーロン力は、電荷の配置方法に基づいて引力または反発力のいずれかになります。
- 重力定数 G の値 =6.67 × 10-11 Nm2kg-2。クーロンの法則における定数 k の値は、k =9 × 109 Nm2C-2 です。 k は G よりもはるかに大きいため、より小さいサイズのオブジェクトでは、静電力は常に重力よりも大きくなります。
- 2 つの質量は、それらが置かれている媒質に関係なく、重力によって引き付けられます。 2 つの質量間の重力は、各質量 1 kg が空気中または水中に保持されている場合、同じままです。実際、2 つの電荷間の静電気力は、電荷が静止している媒体によって異なります。
- 電荷 q1 は、点電荷 q2 によって加えられます。
F12→=1/4₀.Q1.Q2/ r2 r12ˆ
以降、r21=r2 – r1
F12→=1/4₀.Q1.Q2/ r2 ( -r21^)
=– 1/4₀.Q1.Q2/ r2 r21^
F12=– F21
その結果、静電力はニュートンの第 3 法則に従います。
- クーロン力が表現できるのは点電荷だけです。ただし、ポイント料金は理想化されています。それにもかかわらず、クーロンの法則は、サイズがそれらの間の距離よりもはるかに小さい 2 つの荷電物体に適用できます。最初のクーロンの法則は、ねじりバランスの荷電球を点電荷として見た結果として発見されました。 2 つの荷電球が、それらの半径よりもはるかに長い距離離れています。
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。
