クーロンの法則とは?
クーロンの法則は、静止した2つの点電荷の間にはたらく静電気力を表す法則です。この力は2つの電荷の積に比例し、電荷間の距離の2乗に反比例します。計算結果が正のときは反発力(同符号の電荷どうし)を、負のときは引力(異符号の電荷どうし)を表します。
この計算ツールの使い方
2つの電荷 \(q_1\) と \(q_2\) をクーロン(C)単位で、また電荷間の距離 \(r\) をメートル(m)単位で入力してください。電荷は指数表記でも入力できます。たとえば 1マイクロクーロンなら 1e-6 と入力します。このツールは、力の大きさ(ニュートン単位)、符号付きの力の値、そして引力か反発力かの判定を返します。
計算式の解説
式は $$F = k \cdot \frac{\text{Charge } q_1 \cdot \text{Charge } q_2}{\text{Distance } r^{2}}$$ です。ここで \(k\) はクーロン定数で、約 \(8.988 \times 10^{9}\ \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}^2\) です。この定数は \(k = 1/(4\pi\varepsilon_0)\) から導かれ、\(\varepsilon_0\) は真空の誘電率を表します。力は距離の2乗に反比例して小さくなるため、距離を2倍にすると力は元の4分の1になります。
計算例
\(q_1 = 1 \times 10^{-6}\ \text{C}\) と \(q_2 = 1 \times 10^{-6}\ \text{C}\) の2つの電荷を \(0.1\ \text{m}\) 離して置いたとします。このとき $$F = 8.988 \times 10^{9} \times \frac{(1 \times 10^{-6})(1 \times 10^{-6})}{(0.1)^2} = 8.988 \times 10^{9} \times \frac{1 \times 10^{-12}}{0.01} = 0.8988\ \text{N}$$ となります。どちらの電荷も正なので、この力は反発力です。
よくある質問
どの単位を使えばよいですか? SI単位を使ってください。電荷はクーロン、距離はメートルで入力すると、力はニュートンで求められます。
結果が負になるのはどういう意味ですか? 符号付きの力が負の場合、電荷どうしが引き合っている(一方が正、もう一方が負)ことを示します。表示される力の大きさは常に正の値です。
媒質中の電荷にも使えますか? この計算ツールは真空中(または真空に近い空気中)を前提としています。それ以外の媒質では、結果をその物質の比誘電率で割ってください。