クーロンの法則は、静電気力とも呼ばれる、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。
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、電気を帯びた 2 つの物体の間の反発力または引力の方程式を発表しました。この方程式は一般にクーロンの法則として知られています。クーロンの法則は、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。
クーロンの法則の方程式
クーロンの法則によると、2 つの帯電した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 (クーロン単位)、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 (メートル単位) 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、帯電した物体が浸されている媒体。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削除されます。これにより、力の単位としてニュートンが残ります。
点電荷は、2 つの物体間の力を正確に表すクーロンの法則を使用して記述できます。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に、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、各オブジェクトの電荷中心間の距離は式の d です。
クーロンの法則はベクトル形式で次のように表すことができます:
F ∝ q1 q2
F ∝ 1r2
この 2 つの方程式を取る
F ∝ q1q2r2
F =k q1q2r2
スカラー形式のクーロンの法則は次のように表されます:
F =K q1 q2 ⁄ r2
クーロンの法則の定数は K ⩬ 8.99 * 109N- m2 C-2、q1、q2 は荷電粒子の大きさで、スカラー「r」は 2 つの荷電粒子間の距離です。
クーロンの法則には次の特性があります:
点電荷は、クーロンの法則を満たすために、別の点電荷に力を加える傾向があります。
<オール>引力または斥力のいずれかが関与しています。
架空の線が粒子を結びます。これが力の方向になります。
相互作用には複数のポイント チャージが含まれるため、各ポイント チャージは、隣接するチャージの位置に関係なく、隣接する各チャージに個別の力を展開します。力はその大きさに比例します。
互いに類似した電荷は反発する傾向がありますが、互いに反対の電荷は引き合う傾向があります.
通常、2 つの粒子または物質間の力は、それらの間の距離の 2 乗に反比例します。
クーロンの法則の安定条件
A と B の 2 つの点があるとします。q が A に向かって変位したときに FA の大きさが増加すると、FB の大きさは減少します。
したがって、q にかかる力はすべて A に向けられるため、元の位置には戻りません。その結果、軸方向の変位によって平衡が崩れます。
力 FA と FB は互いに対抗するため、"q" が AB に垂直な場合、電荷は元の位置に戻ります。その結果、垂直変位の場合、平衡は安定します。
1 クーロンの電荷は、電荷が真空中で 1 メートル離れているときに、同じ符号の別の電荷を 9*10 N に等しい力で反発する電荷として定義され、クーロン力はは保守的な内力として定義されます。
値は 8.86 × 10- 12 C²/N m2 =8.86 × 10-12 F m-1
これは、クーロン力が静電荷に対してのみどのように真になるかを示しています。
クーロンの法則の限界
クーロンの法則は明確な仮定の下で導き出されたものであり、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、クーロンの法則が成立します。
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るため、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。逆二乗則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。
結論
クーロンの法則によると、2 つの荷電物体間の引力は、それらの電荷の積に正比例し、2 つの物体間の距離の 2 乗に反比例します。電荷は 2 点を結ぶ線に沿って作用します。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、電荷によって引き起こされる電界の方向を提供します。 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。
