静電エネルギー

定義

静電エネルギーとは、電荷が電場の中で位置をもつことによってもつエネルギーである。電荷をある位置に動かすために必要な仕事として定義される。

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電荷同士は引き合ったり反発したりする。そのため、無理に近づけたり遠ざけたりすると仕事が必要になる。この「位置によってたまるエネルギー」が静電エネルギーである。
例えば、同じ符号の電荷を近づけると反発するので、その分だけエネルギーが蓄えられる。

数式

点電荷 \(q\) を電位 \(V\) の位置に置いたときの静電エネルギーは次式で表される。

\[U = qV\]

ここで、\(U\) は静電エネルギー（J）、\(q\) は電荷（C）、\(V\) は電位（V）である。

また、2つの点電荷 \(q_1\)、\(q_2\) が距離 \(r\)（m）だけ離れているときの静電エネルギーは次式で表される。

\[U = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \frac{q_1 q_2}{r}\]

ここで、\(\varepsilon_0\) は真空の誘電率である。

ポイント

• 静電エネルギーは「電荷の位置」によって決まるエネルギーである
• 同符号の電荷では正、異符号では負のエネルギーになる
• 電場がする仕事と静電エネルギーの変化は符号が逆になる