電界の強さ

電荷による　静電気力（クーロン力）が働く空間　のことを　電界（または電場）　といいます。

電界の強さの定義として
電界の強さは＋１C（クーロン）の電荷が受ける静電気力と定められています。

ここでは、電荷から距離　\(r\)　[m]　の位置の電界の強さを求める公式、電界のベクトル合成、電界中にある電荷に働く力を説明します。

電界とは

プラスチックの下敷きを　こすったり　すると電気を帯びて、髪の毛や糸くずなどを引きつけるような状態になります。
目には見えませんが　何かが作用　しています。

物質が何らかの方法で電気を帯びた状態を　帯電　しているといい、帯電している物質を　帯電体　といいます。

目には見えませんが、帯電体の周りには何かの力が働いています。

この力を　静電気力（クーロン力）　といい、図のように静電気力（クーロン力）が働く空間のことを　電界（または電場）　といいます。

図のように　正電荷　と　負電荷　のように、異なる電荷の間には　吸引力　が働きます。
正電荷同士　または　負電荷同士　のように同じ電荷の間には斥力が働きます。

電界の強さ

図のように　真空中に点電荷　\(Q\)　[C]　を置きます。
電界の強さ　\(E\)　[V/m]　は　点電荷から　\(r\)　[m]　の点に　＋１C（クーロン）の電荷を置いたときに、この電荷が受ける　力の大きさと方向　で表します。
つまり、電界は　ベクトル量　になります。

電界の中にある電荷に働く力

電界の強さが　\(E\)　の点における電荷　\(q\)　に働く力　\(F\)　は　次のようになります。

■　静電気力の求め方
•　点Aの電界が　\(E\)　の時　+1　[C]　の電荷が受ける力　\(F\)　は右向きで大きさは　\(F=E\)　[N]　になります。
•　点Aの　\(+q\)　[C]　の電荷が受ける力　\(F\)　は　右向き　で大きさは　\(F=qE\)　[N]　になります。
•　点Aの　\(－q\)　[C]　の電荷が受ける力　\(F\)　は　左向き　で大きさは　\(F=qE\)　[N]　になります。

■　電界の合成
複数の点電荷による P点の電界の強さは、各点電荷によって作られる　電界のベクトル和　として求めることができます。

練習問題

■　問題１
★　図の中心 0 での電界を求めよ。

＜解答例＞
中心 0 での電界を求める。

左の　\(+q\)　が中心 0 に作る電界は、電界の強さの公式から　\(E=k\cfrac{Q}{r^2}\)　になります。

\(E=k\cfrac{q}{a^2}\)

右の　\(+q\)　が中心 0 に作る電界も同じく

\(E=k\cfrac{q}{a^2}\)
　
電界はベクトルの和になるので、0 になります。

\(k\cfrac{q}{a^2}+(-k\cfrac{q}{a^2})=0\)

■　問題２
ｙ軸上の P点の電界の強さの合計を求めよ。

＜解答例＞
ｙ軸上の P点の電界の強さの合計を求める。

ｙ軸上の P点の電界の強さ　\(E\)　は共に

\(E=k\cfrac{q}{(\sqrt2a)^2}\)

P点の電界の合計はベクトル和になりますので、\(\sqrt2E\)　になります。

\(\sqrt2E=kq×\cfrac{\sqrt2}{2a^2}\)　になります。

以上で「電界の強さ」の説明を終わります。