4. 1 クーロン力とその大きさ 4. 2 ベクトルを使った表現 4. 3 作用・反作用の法則 4. 4 おまけ 電磁気学の最初の学習はクーロンの法則から始めることが多い.教科書に沿って,ここで もそれから始める.図 1 に示すように2つの電荷の 間に働く力の関係を表すのが発見者の名前を付けてクーロンの法則という.教科書では, それを と書いている 3 .ここで, は力(単位は[N]), と 力が作用する2つの電荷量(単位は [C]), は電荷間の距離(単位は[m])である.そして, は比例定数 で, がつくのは後で式を簡単にするためである. は,真空中の誘 電率で [F/m]である.力の方向は,電荷の積が負の場合引力,正の場合斥力 となる. 【公式】八ヶ岳グレイスホテル | 星空観賞会を毎晩開催しているリゾートホテル. この力と重力の大きさを比べてみよう.2つの電子間に働く力の比は となり,電気的なクーロン力の方が 倍も大きいのである.このことについて, ファインマンは,次のように述べている [ 1]. 全ての物質は正の陽子と負の電子電子との混合体で,この強い力で引き合い反発しあっ ている.しかしバランスは非常に完全に保たれているので,あなたが他の人の近くに立っ ても力を感じることは全くない.ほんのちょっとでもバランスの狂いがあれば,すぐに 分かるはずである.人体の中の電子が陽子より 1パーセント 多いとすると,あ なたがある人から腕の長さのところに立つとき,信じられない位強い力で反発するはず である.どの位の強さだろう.エンパイア・ステート・ビルを持ち上げるくらいだろう か.エベレストを持ち上げるくらいだろうか.それどころではない.反発力は地球全体 の重さを持ち上げるくらい強い. この非常に強い力により,物質全体は中性になる.そうでないと,物質はバラバラになってし まう.また,物質を電子や原子のオーダーで見ると,電荷の偏りがあり,そこではこのクー ロン力が働く.この強い力により,原子が集合して,固い物質が形作られるのである. そうなると,電子が原子核に落ち込んでしまうのではないか--という疑問が湧く.実際 にはそのようなことは起きていない.この現象は不確定性原理から説明がつく.仮りに, 電子が原子核に衝突するくらい狭いところに近づいたとする.そうなると,位置が正確に 分かるので,運動量の不確定性が増す.したがって,電子はとても大きな運動量を持つこ とになる.すると,遠心力が大きくなり,原子核から離れようとする.近づこうとすると 大きな運動量を持つことになり,遠心力が働き近づけなくなるのである.
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