まず、前回の内容を振り返ります！電磁気において重要なことは

の２つでした。今回は電場について見ていきましょう！

基本法則まとめ

結論から言うと、電磁気の基本法則はこのような表でまとめられます。

この表を理解してもらうことが目標です！

このうち下側は後でまとめて解説するとして、今回は電荷は電場を生み出すことと、電場は電荷に力を与えることを理解していただきます！

電荷は電場を生み出す

電荷は存在するだけで周りの空間に放射状に電場を作り出します。

上の図のように、正電荷は外側向きに電場を作り出し、負電荷は内側向きに電場を作り出します。

電場の大きさは、電荷の大きさと電荷との距離に依存します。電荷を $q\,[\mathrm{C}]$ 、距離を $r\,[\mathrm{m}]$ と置くと、電場の大きさ $E$ は

となります。$k$ はクーロン定数と呼ばれる定数です。（電場の単位については後で解説します）

この式から分かるように、電場の大きさは電荷の大きさに比例し、距離の2乗に反比例します。

グラフで遊ぼう

では、電荷3つを置いた時の電場の様子を見てみましょう！

電荷はドラッグすると動かすことができます。また、下のスライダーを動かすと電荷の値を操作できます。

（見やすくするため、電場の大きさは統一してあります。下のリンク先のグラフでは、大きさも考慮した矢印に切り替えることができます。）

電場が生まれるイメージはつかめましたか？次は電場がどのように電荷に力を与えるかを見てみましょう！

電場は電荷に力を与える

電場は、その地点にある電荷に力を与えます！

上の図のように、正電荷に対しては電場と同じ向きに、負電荷に対しては電場と逆向きに力を与えます！

力の大きさは電場と電荷の大きさに比例し、電場の大きさを $E\,[\mathrm{N/C}]$ 、電荷の大きさを $q\,[\mathrm{C}]$ と置くと、力の大きさは

となります！向きも含めると、

となります。電荷の符号が変わると力が逆向きになることに注意です！

これを見ると先ほど出てきた電場の単位が理解できると思います。

電場は $1\,\mathrm{C}$ あたりの電荷が受ける力を表しているので、単位は $\mathrm{N/C}$ になるわけです！

電荷の相互作用

これらを合わせると、電荷が他の電荷に間接的に力を与えることがわかります！

ある場所に電荷 $q_1$ が存在すると、この電荷は周りに放射状に電場 $E=k\dfrac{|q_1|}{r^2}$ を作ります。そして他の電荷 $q_2$ が近くにあると、その地点にできた電場によって力 $F=|q_1|E=k\dfrac{|q_1q_2|}{r^2}$ を受けます！

この力をクーロン力と言います。

電荷の符号によって電場の向きや力の向きが入れ替わることを考慮すると、同符号の電荷は互いに反発しあい、異符号の電荷は互いに引き付けあうことがわかります！

まとめ

今回学んだ事項は次のようです。

次回は磁場の性質を見ていきましょう！