“クーロン力”は2個以上の電荷がお互いに引き寄せ合ったり、反発しなったりする力のことです。
電験三種に出てくる”クーロン力”について、参考書で勉強する前に覚えてしまったほうが良いことと、きちんと理解をしたほうが良いことを解説していきます。
覚えたほうが良いこと
- プラス同士、もしくはマイナス同士の電荷は反発し合う
- プラスとマイナスの電荷は引き寄せ合う
- クーロン力の強さは、クーロンの法則により求められる
- 電荷と電荷の距離が離れるほど、クーロン力は弱くなる
プラスとプラス、もしくはマイナスとマイナスの点電荷は反発し合う
同じ符号の電荷は反発し合います。
つまりプラスとプラスもしくはマイナスとマイナスでは、反発力が発生します。
これはなんとなく体感で分かっている方も多いと思いますが、とても大事なことなので覚えておくと良いです。
プラスとマイナスの電荷は引き寄せ合う
一方で異符号の電荷は引き寄せ合います。つまりプラスとマイナスは引き寄せ合うということです。
クーロン力の強さは、クーロンの法則により求められる
2つの点電荷に働くクーロン力の強さはクーロンの法則で求められて、その式は
$$F=\frac{Q_1Q_2}{4πεr^2}[N]$$
$$Q_1,Q_2:電荷[C],ε:誘電率[F/m],r:電荷Q_1とQ_2の距離[m]$$
となります。
この式は覚えましょう。
電荷と電荷の距離が離れるほど、クーロン力は弱くなる
電荷と電荷は距離が離れるほど、クーロン力は弱くなります。
これは反発力でも、吸引力でも同じです。
クーロンの法則の式を見れば、分かるのですが、「距離にの乗に反比例して、クーロン力は弱くなる」ことを意識して覚えておくと、問題を解くときにイメージがしやすくなります。
理解したほうが良いこと
- クーロン力は、電界中の電荷に働く力とも言える
- 点電荷は大きさを持たない電荷のこと
- 誘電率は、真空中の誘電率と媒質の比誘電率との積で求める
クーロン力は、電界中の電荷に働く力とも言える
クーロン力を求める式を、少し分けて書くと$$F=\frac{Q_1}{4πεr^2}\times{Q_2}$$となります。
これは言葉にして書けば、$$クーロン力=電荷Q_1が作る電界\times{電荷Q_2}の大きさ[N]$$です。
つまり電界によって電荷に生じる力がクーロン力とも言えます。
点電荷は大きさを持たない電荷のこと
クーロンの法則で、2つの点電荷に働く力の大きさを求めることができました。
この点電荷というのは大きさを持たない電荷のことです。
参考書などに書いてある図では、点電荷を○で描いているので大きさがある様に見えます。
なので距離r[m]は点電荷の端から端までの距離と勘違いすることもあるかもしれません。
ですが点電荷は大きさを持たないので、端の概念がありません。
よって距離r[m]は○の中心から中心までとなります。
誘電率は、真空中の誘電率と媒質の比誘電率との積で求める
クーロン力を求める式で、誘電率εが出てきます。
この誘電率は、真空の誘電率と媒体の比誘電率の積で求めます。
真空の誘電率は決まっていて、$$ε_0=8.855\times10^{-12}[F/m]$$$$(真空中の誘電率はε_0と書く)$$となります。
この値は問題文中にたいてい書いてあるので、覚えなくても大丈夫です。
また比誘電率は、真空の誘電率と比較した媒体の誘電率です。
ここで言う媒体が何を指すかと言うと、電荷を帯びている物や空間の誘電率です。
電荷は金属や空気などの媒体に帯びます。
この金属や空気などの物質が媒体です。
比誘電率はεrと書き、値は媒体によって異なります。
以上、クーロン力について解説しました。
電験は難しいので、参考書で勉強をするにしてもなかなか捗らないかと思います。
電気についてあまり詳しくなければなおさらです。
なのでこのブログでは0から電験を勉強する方に向けて、分かりやすく解説することを目的にしています。
このブログ見つつ、参考書で勉強することが良い勉強法かと思います。
また勉強を続けるコツは、より簡単な教材を使うことです。
なので使う参考書もよりやさしい内容のものがおすすめです。
私が使っていたのは[電験これだけシリーズ」という参考書で、やさしい問題から徐々にステップアップできるので、分かりやすくとてもオススメです。
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