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電気のクーロン力とはどういうものかという問いで、教科書をしらべてみた所、電気をおびているもの同士が、磁石のS極とN極のように、極性同士なら反発しあい、異なる極性ならひきあうような力とありました。磁石の例えは必要あるのでしょうか?また、電場とはどのような物なのですか?
もう一つ・・・1つが、3×10-5C(10の-5乗)C,もう一つが-1×10-5C(10のマイナス-5乗)に帯電している2つの金属球を50cm離して置いた時、これに働く力はどれほどなのでしょうか?よく電気の所が理解できていないので、丁寧に解説していただくとうれしいです!お願いします!

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A 回答 (4件)

磁石の例えは……、特に必要ないと思います。

ただ、磁場と電場は対で考えると記憶しやすいのでそう記述してあるのかもしれません。
電場というのは、電位のある空間の事です。たとえば、プラスの点電荷一つだけが存在する場合、その周囲はその電荷に近いほど電位は高くなります。無限遠方まで離れると0になります。
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前回、磁石の引用に夢中になり、電場を忘れましたので説明します。



 実は、詳しい説明を書いたのですが、送信時、操作間違え、全部消してしまい落胆していたところです。
 簡単にします。

+電気、-電気と言う言い方や、同じ記号の電気同志は反撥しあい、+と-電気は吸引し合う、とも聞くでしょう。 これが静電気と言われているものの性質です。
 静電気の力です。じっとしているわけでもないのに、静電気と言います。説明省略

 電気は、ギリシャの大道商人が宝石の琥珀(エレクトリック?電気の語源)がちりや髪の毛を吸引や反撥したことから、始まり、ヂュフェイが何種類もの物質をこすりあって、電気は2種類しかない事を確かめました。ファラデーたちを通して、+-の記号がいいだろうと言う事になって、現在にいたっています。
 +とーの電気は、正体は分っていません。
+やーの電気は、粒子が持っているのだろう、或いは粒子なのだろう、と想像して(イメ-ジして)、専門の方では、+-の事を電荷とも呼んでいます。電気の荷物ですね。+の電荷、-の電荷とも言うわけです。
 
 次に一番大事な記憶の仕方は、
一般の人は、+とーの電気は吸い付く力があり、+と+、-とー電気は、反撥しあう。と覚えているでしょう。或いは教えられているでしょう。
 この知識(おぼえ方)は間違えではありませんが、応用が利きません。電波や電磁波の作用は理解できません。
 何より、+-の電気(電荷)を持った粒子は原子核や原子や電子、分子ですから、目に見えません。人体、動植物、岩石、海、空気中、その他、何処にでも散らばっていますから、力が何処の粒子から出てくるのだろう、どう理解したらよいか、粒にこだわっている限り、殆どの場合、理解に役立ちません。そう思いませんか。

 私たちは、+の電荷(または電気でもよい)から、周りの空間に、+の電気を帯びた物体は、跳ね飛ばして遠方に押しやり、-電気を帯びた物体には引き寄せる力を
放出しているのだ、と暗記する(覚え方をする)のです。
 -電気は、+電気を帯びたものを引き寄せ、-電気を帯びたものには、跳ね飛ばして遠方に押しやる力を、周囲の空間に放出している、と覚える事にするのです。すると、あらゆる電気現象を理解できる事になるのです。
 +電荷の周りに放出している力は、実際には、空間に、+の電気を帯びたものを、置いてみて、またはぶら下げてみて、押し動かされる通りに、線を引くことで、透明な静電気の力の線を具体的に描き実感する事が出来ます。周りの空間全体に試みると、全体の電気の力の線=電気力線、を描く事が出来ます。この現に放出されている電気力線の空間の様子を「電場=電界」と言い、何処にあるか分らない+やーの電気の粒の場所を気にかけずに、空間に存在する電気の力の測定ができます。設計も出来ます。

 透明な電気力線が充満している場所の空間を、物理学では「電場」と言い。電気工学を学ぶ人たちは、電界という習慣になっています。

 英語の electric field、電気の原っぱ、のfieldを、
物理学では、場所の「場」を使って、電場と言い。
電気工学では、世界の「界」を使って、「電界」と言います。
 、この暗記文の知識が、老若男女、小中高大学生、博士、人種に関係なく共通の静電気の知識です。
 
 応用、電荷が動いた状態を、電流と言います。電気の流れ、ですね。飛び回っても、ふわふわ動いても、回転しても、振動しても皆電流です。

 電荷が動くと電流で、電流の周りには、同心円状に遠方まで、磁力線(つまり磁界)が同時に発生しています。

 この関係があるため、電流が高速振動すると、高速振動する静電気の力の波、つまり電界の波、と
 高速振動電流の回りに発生する、高速で振動する磁界の波がくっいた電磁波(電気と磁気の力の波)が、遠方まで飛んでいきます。月や火星までも。人体内や携帯電話のアンテナの中までも。

 皮膚の分子に共鳴する振動数の、電磁波は、電界の力と磁界の力で皮膚分子を振動させ、振動が熱になるから、皮膚に熱を持たせ、焼いて皮をむいたり、遺伝子を狂わせて癌を発生させたりするわけです。

 携帯電話は、アンテナ金属内の、自由電子を、声や図形に従った、電磁誘導という暗記文、の通りに電流になり、音声や図になります。
 電界(電場)や磁界(磁場)で理解し、設計するから、
電場が多く問題に出てくるのです。

以上。
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 言葉、又は用語、記号、は全て、通常の5感を持って成長してきた人には、実感無しには覚えられないものです。
 
 曖昧な五感用語、美しい、きれい、といっても、両親との生活経験で、小中の先生と遠足で、各人各様に実感して覚えるのです。すると、その人は自信を持ってその用語を
使えるのです。でも、違った生活環境や経験で育ったかもしれない他人には、伝わらないかもしれないのです。
 総理大臣が、貧乏で苦しんでいる人の訴えに対し、貧乏の苦しさは分る、理解できる、と言ったとしても、恐らく裕福に育った大臣には、全然違った苦労した経験を連想して、返答している事でしょう。日常の五感用語は、幅が広く、曖昧用語なのです。よく言うと、融通が利く、角を立てないようにうやむやにして逃げるのに利用します。政治用語の「遺憾である」など、私は実感のこない曖昧極まりない1番嫌いな言葉です。
 理科系の人は、逆に、ごまかされた感じがして、腹が立つわけです。そういう人や正直な人は政治家にはなれませんよね。

 それに対し、科学用語は、意識していない人が多いかもしれませんが、意味が1通りでハッキリしてて、世界中の人に共通の曖昧でない言葉、という特徴があります。
 この点が非常に大事。融通の効かない、ごまかしの効かない、はっきり言葉なのです。
 文学系、宗教信者、占い、・・のなかには、この、ハッキリさせる事が、ごまかせないので、嫌う人が多いのも事実です。科学は冷たい、科学は万能でないなどと表現し、見下したり無視しようとするわけです。そうして、病院に行っています。
 科学を選ぶ人は、曖昧を嫌う人が多いです。ノーベル賞受賞者の多くが、公開討論の席上で紹介してくれています。作文が嫌いな人も多い。作文に優劣をつける。答えがないのを嫌いと言います。・・余談はこれだけにして。

 科学用語は、必要に応じて作るわけですが、科学用語といえども、5感を持って生きている以上、実感を持って覚える事は、曖昧言葉と全く同じです。それで、誰でも実感できたり、経験できる日常品や、言葉や、文字や、記号は、有効に利用します。
 
 あなたの問題の、+ーの静電気の間に働く力、は大昔ギリシャの大道商人が琥珀(エレクトリック?電気の用語の語源)を磨いて、埃(ほこり)や髪の毛を舞い上げたり、吸い付けたりした事実(実感)から、電気学が始まったものですが、物質として目に目ない電荷に対し、ギリシャ人と同じ経験を実感して、透明な力の反発力、吸引力の存在をイメージ出来る人には、目に見える磁石の持ち出しは、電気の力と磁気の力が違う点と実物が邪魔し砂鉄などの物質と縞模様が目に付いて、イメージさせ、かえって邪魔になるのになー、一般の素直な人にはなおの事、磁石が目につき、下手をすると一生迷わせ、分らなくしてしまいかねないのになー。と言うのが本音です。
 結論は、透明な吸引反発力を、何で実感させようか、と考えたのでしょうが、 磁石持ち出しては、新しく科学を学ぶ人には、上に述べたの迷いを与えるだけ、邪魔になるだけ、科学知識を説明する立場の人は、出来る限りたとえや、漫画のような、曖昧な、説明は最小限にし、そのまま事実で説明するものだと言う事です。
 このように考え、今後、受身にならず、曖昧な誤解を招きかねない説明は、曖昧だから、読む人も迷うし分らないのだと言う信念を持って、説明者を批判するくらいにし、自然の事実そのまま覚える主義で行ってはどうでしょう。

次に、2つの電荷の間に働く力は、幾多の実験を通して、数式化したものです。多くの科学者も認めた関係式です。
数式は、約束事で取り決めたはっきり言葉の代表です。
 その説明通り(数式は説明文を濃縮したものです。)実行すると、老若男女、小中高大学生、博士に関係なく、同じ自然現象を、いつでも何処ででも再現できるし、同じ物を作れると言う暗記文のです。
 その式は、No2.さんの通りです。

 数式を含めて、科学の説明文は、自然現象をどう理解したら、同じ自然現象をいつでも何処ででも再現できるし、同じ物を作れると言う、暗記文を、発見し、言い当てたものです。法則といったり、ノーベル賞で報いたりします。
 ハッキリした文だから、直ちに量産できるわけです。
 その代わり、条件が説明文と違うと、違ったものになったり、事故になります。
 だから条件を変えれば、無限に違った物を作れるチャンスが誰にでもあるのです。炭焼き1つでも、陶器も・・で想像できるでしょう。
 以上。
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二つの電荷Q1,Q2がr離れて位置するときに相互に及ぶ力Fは


kをクーロン定数として
F = k*Q1*Q2/r^2(rの単位は[m])
という関係になります。(向きとか符号は省略)
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