第１回 電荷とクーロンの法則 イメージング 「電気」という言葉から連想する言葉をできるだけ 挙げてみよう ３人１組 制限時間３分間 一番多く挙げられたチームに得点 用意するもの 細長い風船 マフラーなど乾いた布 セロハンテープ ティッシュペーパー ポリプロピレンのビニールひも なぜ、ティッシュと風船は互いに引きつけ合っ たのか？（引力がはたらいたのか？） なぜ、ビニールくらげと風船は互いに反発し 合ったのか？（斥力がはたらいたのか？） マフラーで風船をこすると、風船はマイナスの 静電気を帯びる（マイナスに帯電する） マフラーでビニールひもをこすると、ビニール ひもはマイナスの静電気を帯びる（マイナスに 帯電する） マイナスの静電気の同士は反発しあうので、 ビニールくらげと風船は互いに反発しあう マフラーで風船をこすると、風船はマイナスに 帯電する マイナスに帯電した風船をティッシュに近づけ ると、ティッシュはプラスに帯電する マイナスの静電気とプラスの静電気は互いに 引きあうので、ティッシュと風船は互いに引き あう マイナスの静電気同士（もしくは、プラスの静 電気同士）は互いに反発しあう ⇔ マイナスの静電気同士（もしくは、プラスの 静電気同士）の間には斥力がはたらく マイナスの静電気とプラスの静電気は互いに 引きあう ⇔ マイナスの静電気とプラスの静電気の間 には引力がはたらく 静電気の正体は？？ → 原子の大きさレベルのスケールを考える 原子は、原子核と電子でできている 原子核はプラスの電荷をもつ 電子はマイナスの電荷をもつ ※ 電荷をもつ粒子のことを 荷電粒子という 原子核は、陽子と中性子でできている 陽子はプラスの電荷をもつ 中性子は電気的に中性 → 原子核はプラスの電荷をもつ 電子と陽子が持つ電荷の大きさ（絶対値）は 同じ 電子１つがもつ電荷の大きさ e：電気素量、単位：C（クーロン） 帯電した物質は、eの整数倍の不連続な値の電 荷しかもてない 通常、物質中の陽子と電子の数は同じ → 通常、物質は電気的に中性 静電気の担い手: 電子（マイナスの電荷をもつ） 通常の状態 ⇔ 電気的に中性な状態 電子がたくさんある状態 ⇔マイナスに帯電した状態 電子が不足している状態 ⇔プラスに帯電した状態 摩擦 マフラーで風船をこすると、マフラーから風船 に電子が移動する 誘電分極 マイナスに帯電した風船をティッシュに近づけ ると、ティッシュ分子の電荷に偏りが生じる（風 船側がプラス、机側がマイナス） 電子を放出しやすい • • • • • • • • • 毛皮 ガラス 綿 紙 絹 皮膚 ゴム エボナイト セルロイド 電子を受け取りやすい 電子の移動によって、電荷の移動が起こる ↓ ある電気現象によって個々の物質の電荷が 変化しても、その現象に関与した物質全体の 電荷の総和は変化しない（電荷の保存則） 例： 風船中の電子が１つ増える → 電荷は -1 マフラー中の電子が１つ減る → 電荷は +1 物体全体の電荷の総和は変化しない クーロンの法則 荷電粒子の間にはたらく力の大きさ f は： ※ ∝：「比例する」という数学記号 それぞれの荷電粒子がもつ 電荷qの積に比例する 荷電粒子間の 距離rの２乗に反比例する 具体的な数値を代入してグラフを書いてみよう. 荷電粒子の間にはたらく力 f の向き： 電荷が異符号のとき（q1q2<0, fの値も負） 負の電荷 正の電荷 ２つの荷電粒子を結ぶ直線上 互いに向き合う方向の力（引力）がはたらく 荷電粒子の間にはたらく力 f の向き： 電荷が同符号のとき（q1q2>0, fの値も正） 負の電荷 負の電荷 ２つの荷電粒子を結ぶ直線上 互いに遠ざけ合う方向の力（斥力）がはたらく 荷電粒子の間にはたらく力 f の向き： ２つ以上の荷電粒子から電気力を受ける場合 負 負 負 １つ１つの荷電粒子から受ける力のベクトル和 比例係数： MKSA単位系の場合 ε0 ： 真空中の誘電率 物質中での誘電率εはε0 よりも必ず大きい 長さ ： 質量： 時間： 電流： メートル（m） キログラム（kg） 秒（s） アンペア（A） 電荷の単位： クーロン（C） 1Aの電流が１秒間に運ぶ電荷の量 • • • クーロンの法則 f ： 電気力 q： 電荷 真空の誘電率 • • • 万有引力の法則 f : 万有引力 m： 質量 万有引力定数 • ともに r2 に反比例する • 人間が生活するスケールで、電気力は重力のおよそ104倍強い • 電気力は負の値をとるが、重力は正の値しかとらない （電気力は引力・斥力ともにあるが、重力は引力しかない） 問題１ 水素原子は, 陽子とその周りを半径0.53×10-10[m]の 円運動をしている電子からなる. 陽子と電子間に働く 電気力は引力・斥力のうち、どちらか. またその力の 大きさはいくらか. 有効数字２ケタで求めよ. 問題１（解答） クーロンの法則より さらに 電子と陽子の電荷の 大きさは e であるから を代入すると 問題２ 真空中において、電荷-1をもった小球A, B, および電荷 +1をもった小球Cが, AB間, BC間, AC間の距離がともに 1[m]となるように置かれている. このとき, 小球Aが受ける電 気力の大きさを求めよ. またその方向を図示せよ. B A C 問題２（解答） A B C 図より
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