Charles-Augustin de Coulomb（1736/6/14-1806/8/23）
そもそも電荷とは？
電荷は物質の基本的な性質の一つで、電磁気力の源となります。物質は原子から構成されており、原子は陽子、中性子、電子からなります。このうち、陽子は正の電荷を、電子は負の電荷を持ちます。中性子はその名の通り電荷を持たない中性の粒子です。電荷は、物質が電気を帯びる理由を説明し、電気力や磁気力の基礎となります。
物体が等量の正電荷と負電荷を持つ場合、それは電気的に中性であると言われます。しかし、ある物体が過剰または不足する電荷を持つ場合、それは帯電していると言われ、他の帯電物体や磁場と相互作用します。この相互作用は、日常生活で観察される静電気現象から、高度な電気工学のアプリケーションまで幅広く影響を及ぼします。電荷の概念は、電気と磁気の基礎理論を理解するために不可欠です。
クーロンの法則とは
クーロンの法則は、電気力、つまり二つの電荷間の引力または斥力を記述する物理法則です。この法則は、フランスの物理学者シャルル＝オーギュスタン・ド・クーロンによって発見され、電荷間の力の大きさが電荷の大きさに比例し、それらの距離の二乗に反比例することを示しています。数学的には、クーロンの法則は次のように表現されます
ここで q1, q2 は荷電粒子の電荷量。r は粒子間の距離。k は比例定数。
※F はq1⋅q2>0 ならば斥力を表し、q1⋅q2<0 ならば引力を表す。 これは実験から見出したもので距離の指数 2 は有効数字をもち、指数の実験値 2+δ は現在もより精密な実験により更新されている。
クーロンの法則は、電磁気学の基本であり、電気と磁気の現象を理解するための出発点となります。この法則は、電場や磁場の概念の基礎を提供し、電気回路、電磁波、静電気など、電気に関連する多くの現象を説明するのに用いられます。
クーロン定数とは
クーロン定数（k）、または電気力定数は、クーロンの法則において電荷間の力の大きさを決定するための比例定数です。この定数は、電荷の単位、距離の単位、および使用する力の単位に依存します。国際単位系（SI）において、クーロン定数 k の値は約 8.9875×10⁹ N m²/C² です。
クーロン定数は、空間の電気的特性、特に真空の誘電率に関連しています。真空の誘電率 ε0 との関係は、以下の式で表されます
ここで、ε0 は約 8.854×10⁻¹² F/m（ファラド毎メートル）です。クーロン定数の値は、電荷間に働く力の大きさを計算する際に不可欠であり、電荷が互いに及ぼす影響の程度を理解するために重要な役割を果たします。
この定数を用いることで、電荷間に働く力を正確に計算することが可能となり、これは電磁気学の基礎的な理論を形成し、多くの実用的な応用に影響を及ぼします。
クーロンの法則の特徴
クーロンの法則は、電荷間の相互作用を説明する基本的な物理法則であり、いくつかの重要な特徴を持っています。
クーロンの法則：特徴紹介１
まず、この法則は逆二乗の法則に従います。これは、電荷間の力が電荷間の距離の二乗に反比例することを意味します。つまり、距離が倍になれば、力はその四分の一になります。この逆二乗の関係は、ニュートンの万有引力の法則と類似しており、力が距離と共に急速に減衰することを示しています。
クーロンの法則：特徴紹介２
また、クーロンの法則は電荷の符号に依存します。同じ符号の電荷（両方正または両方負）は互いに反発し、異なる符号の電荷は互いに引き合います。この性質は、電荷がどのように相互作用するかを決定し、電気的な力が常に引力または斥力のいずれかであることを意味します。
クーロンの法則は、電荷間の力の基本原理を提供し、電場や電位の概念につながる重要な法則です。これらの特徴は、電磁気学の理解と、電気工学や物理学などの多様な分野での応用に不可欠です。
クーロンの法則はいつ発見された？
クーロンの法則は、1785年にフランスの物理学者シャルル＝オーギュスタン・ド・クーロンによって発見されました。クーロンは、小さな金属球に電荷を帯びさせ、それらが互いに及ぼす力を測定するために...
