電気理論|on Note

電荷と静電気

電荷とは、電子や陽子といった素粒子の持つ性質のひとつである。そして、電子は負の電荷、陽子は正の電荷を持っている

物体が摩擦などによって電気を帯びることを帯電するという。つまり、物体の自由電子の出入りによって、物体の正の電荷と負の電荷の数に偏りができた状態である。正の電荷が多い物体は正に帯電していることになり、負の電荷が多い物体は負に帯電していることになる。帯電した物体を帯電体という。

電荷とは、帯電体の電気の量と捉えることもでき、電荷量ともいう。電荷の量記号は「Q」又は「q」で、単位は[](クーロン)である。

帯電により電荷が蓄えられている状態やこの時の電荷を、静止した電気という意味から静電気という。

正と正、負と負というように、同種の電荷どうしの間には反発力(斥力)働き、正と負といった異種の電荷の間には吸引力が働く。このように電荷間で働く力を静電力という。そして静電力を求める際に、静電気に関するクーロンの法則を用いることになる。

静電誘導作用と静電遮へい

帯電体を絶縁した物体に近づけると、電荷間の反発力と吸引力により、帯電体に近い部分には異種の電荷が現れ帯電体に遠い部分には同種の電荷が現れる。このような作用を静電誘導作用と呼ぶ。

帯電体を導体で包んだ時、静電誘導による電荷が外部に現れるが、導体を接地すると、外面の電荷は大地に逃げ帯電体の影響が外部に現れない状態となる。このように、静電誘導の影響を受けないようにすることを静電遮へいという。

静電気に関するクーロンの法則

2つの点電荷(点とみなせる小さな電荷)の間に働く静電力の大きさF[N]を、静電気に関するクーロンの法則で求める。静電力はクーロン力とも呼ばれる。

静電力は、2つの電荷の位置を結ぶ直線上に働くと考える。

静電気に関するクーロンの法則は、

F[N]=k・{(qQ)/r2

kの値は真空中において、
k=1/(4πε0)≒9×109
であり、
ε0[F/m]≒8.854×10−12

真空中のおいて、静電力F[N]は、
F[N]={1/(4πε0)}{(qQ)/r2}≒(9×109){(qQ)/r2

誘電率εに関しては誘電率と比誘電率を参照。