クーロンの法則

定義

クーロンの法則とは、2つの点電荷の間にはたらく電気的な力の大きさを表す法則である。力の大きさは、それぞれの電荷の大きさの積に比例し、電荷どうしの距離の2乗に反比例する。力の向きは、2つの電荷を結ぶ直線上で決まる。

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電荷をもつ小さな粒どうしを近づけると、引き合ったり反発したりする。このはたらきの強さは、電荷が大きいほど強くなり、距離が少し離れるだけでも急に弱くなる。つまり、近いと強く、遠いとかなり弱い力である。

たとえば、同じ大きさの正電荷どうしなら反発する。正電荷と負電荷なら引き合う。向きはいつも、2つの電荷をまっすぐ結ぶ方向で考える。

数式

クーロンの法則は、真空中では次の式で表される。

\[F = k\frac{|q_1 q_2|}{r^2}\]

ここで、\(F\) は電気力（N）、\(q_1\) と \(q_2\) は電荷（C）、\(r\) は電荷間の距離（m）、\(k\) は比例定数である。

力の向きは符号の組合せで決まる。
- 同符号どうしなら反発
- 異符号どうしなら引力

また、媒質が変わると力の大きさは変わることがあるので、基本問題では「真空中」または「空気中」として扱うことが多い。

ポイント

• 距離が2倍になると、力は \(1/4\) 倍になる
• 電荷の大きさだけでなく、力の向きも重要である
• この法則は点電荷の間にはたらく力を基本として考える