普段の環境で「静電気」は身近な現象だと思います。例えば、下敷きで髪の毛を擦ったあと下敷きを上げるとその下敷きに紙が吸い寄せられる経験があると思います。その静電気には電荷という粒のようなものが引かれ合う力が関係しています。その力の関係はクーロンの法則によって表すことができます。そして、その空間内での強さと向きを電界といいます。
電荷とは
電荷とは電気の量を表すものです。
例えば、磁石にはN極とS極があるように電荷にも+とーが存在します。N極とS極が引かれ合ったり、同極同士で反発しあうように、電荷も異符号であれば引かれあい、同符号であれば反発する力が加わります。
電荷の最小単位は電子1個が持つ電荷量であり、その基本電荷量は
\(e\simeq1.602×10^{-19}C\)となります。
電荷には点電荷\(Q\)以外に、
| 電荷 | 単位当たり | 記号 |
| 点電荷 | \(Q[C]\) | |
| 線電荷 | 単位長さ当り | \(λ[C/m]\) |
| 面電荷 | 単位面積当り | \(σ[C/m^2]\) |
| 電荷密度 | 単位体積当り | \(ρ[C/m^3]\) |
クーロンの法則とは
クーロンの法則とは二つの点電荷\(Q_1とQ_2\)がそれぞれ距離r離れているとき、この二点間に加わる力Fは
\(F=k\frac{|Q_1・Q_2|}{r^2}\)となります。
ここで\(k\)は\(\frac{1}{4πε_0}\simeq8.99×10^9N・m^2/C^2\)となります。
以上より、\(F=\frac{|Q_1・Q_2|}{4πε_0r^2}\)
電場(電界)とは
電場Eとは空間のある点に電荷Qを置いたときにその場所での強さを表したものをいいます。
\(E=\frac{|Q|}{r^2}\)で表されます。
また、電界\(E\)は
\(E=\frac{Q}{4πε_0r^2}\)で表されます。
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