- クーロンの法則とは？ Coulomb’s law【図解】
クーロンの法則とは？ Coulomb’s law【図解】
ある帯電体に別の帯電単を近づけると、お互いに引き合ったり、反発しあったりするが、このときの電荷量と力の関係を表す法則をクーロンの法則と言い、その作用力をクーロン力という。(単位は[N])
英語ではCoulomb’s law 中国語では库仑定律と呼ぶ。
クーロンの法則の発見者はギリシャ時代の哲学者タレス(Thales BC.640-546年)だといわれているおり、法則化したのが、クーロン(1739-1806年)であり、1785年に発表されている。
クーロンの法則の実験
クーロン は、下図示す装置で、クーロンの法則を実証しました。最初 a b の球に帯電させない状態で、その距離を計ります。次に帯電させた後、a b 間を帯電させないときと、同じ距離になるように図の「つまみ」を調整し、このときの力を計ります。
クーロンの法則の価値は、電気どうしで働く力を、実験によって、直接的に計ったことにあります。クーロンの法則は、電気に関する、新しい発展の道を切り開いたのです。
引用サイト：電気と電子のお話
電荷間に働くクーロン力
電荷にはプラス(＋)の電荷である正電荷とマイナス(-)の電荷である負電荷があります。
正電荷の近くに正電荷を置いた場合
磁石のＮ極とＮ極力汳発しあうように斥力(反発力)が働きます。同様に負電荷の近くに負電荷を置いても同じく斥力が働きます。
すなわち、同符号の電荷(プラスとプラス、マイナスとマイナス)間に働く力の向きは斥力が働く。
正電荷の近くに負電荷を置いた場合
磁石のＮ極とＳ極が引く付けあうように引力(吸引力)が働きます。
すなわち、異符号の電荷(プラスとマイナス)間に働く力の向きは引力が働く。
この力(斥力、引力)の大きさを示した法則がクーロンの法則です。
クー囗ンの法則の公式は下記の式から求めることができます。
\[
静電力=F=\Large{k\frac{Q_{a}Q_{b}}{r^{2}}}=\frac{Q_{a}Q_{b}}{4πr^2ε_0}
\]
Ｆ ：２つの点電荷(A,B)に働く力(単位Ｎニュートン)
Qa :点電荷Ａの電気量の大きさ(・位ｃクーロン)
Qb :点電荷Ｂの電気量の大きさ(単位ｃクーロン)
ｒ ：２つの点電荷(A,B)間の距離【単位ｍ】
ε0:真空の誘電率 その値は ε0 ≒ 8.85×10-12 F/m
k：比例定数 真空中でのその値は k = 9.0×109 N⋅m2/C2(空気中でもほぼこの値)
クーロンの法則の公式を図解で解説すると図のようになる。
クーロンの法則 点電荷の電場
次に電荷Qが距離rの位置に作り出す電場は
\[
E =k\frac{Q}{r^2}
\] 何か物体が来るとそれに力を及ぼすようなものを場といいます。重力も場です。
次に電場の向きです、次のようになります。
電場の向きはそれを作り出す電荷の符号によって異なります。
正の電荷は放射状に広がる電場
負の電荷は自身に収束する電場
動画 クーロンの法則【1分でわかる】
1分でわかる電荷間のクーロンの法則、磁極間のクーロンの法則の動画です。
クーロンの法則の活用、応用
クーロンの法則を活用したモノにレーザー形プリンタやコピー機があります。
レーザー形のプリンタやコピー機では、光導電性の感光体を使用します。光導電性物質は光を当てないときは絶縁体ですが光を当てると電気を通すようになることを活用します。
具体的にはコロナ帯電器で帯電させ、光を当てて露光して次に負に帯電したトナーで現像して、紙にトナーの画像を移して転写させ、最後に加圧ローラーで定着させます。
レーザー式コピーの原理を下図に示します。
＊クーロンの法則の詳細は下記の記事を参照、願いします。
