電場と電位�A（クーロンの法則と位置エネルギー）

今年度は試験的に流れを変えてみました。電荷ははじめでよいのですが， クーロンの法則の次は通常電場に入っていきますが，位置エネルギーを先に導入し， 電場と電位を同時進行で教えていきます。 これは「万有引力と似た形である」ことを認識してもらい， それから「場」という概念を理解してもらう。 特に，電場と電位を間隔をあけないで教えることで， 電場と電位の比較ができ，より「場」の概念が理解しやすいのではないかと考えたからです。

１．導入

今日から本格的に電磁気学に入っていきます。いまの我々の生活は電気に支配されているわけですが， 実際の携帯電話を理解しようとしたらこれは大変です（私はぜんぜんわからない）。 しかし，少しでも理解できるように電気の基礎知識は高校の段階で習得していきましょう。 そこで，電気を理解するには「電位」という概念がポイントになりますので，意識しておいてください。 また，万有引力との比較を考えながら進んでいくと理解が深まるでしょう。

まずは前回の実験をまとめ，静電気力の性質をつかんでいきましょう。

２．電荷

2つの物体をこすると静電気力を及ぼしあいますが，この静電気力の原因は「電荷」です。 正電荷は陽子が，負電荷は電子が持っており，その大きさはいずれも電気素量とよばれるものです。 物体の電荷はこれの整数倍になります。また，電子や陽子が消えることは通常ないので，電荷は保存します。

３．クーロンの法則

静電気力が電荷や距離にどのように依存するか，1785年にクーロンが発表しました（キャンベンディッシュが1773年に確かめている）。 点電荷（大きさの無視できる点状の電荷）どうしに働く静電気力は， それぞれの電荷の大きさに比例し，2点間の距離の２乗に反比例します。

※万有引力とすごい似ていると思いませんか？静電気力は電荷同士で働くのに対して， 万有引力は質量間に働きますが，いずれも距離の2乗に反比例します。 ただ，万有引力定数に比べ，クーロン定数は非常に大きいので， 万有引力は質量の大きい物体がないと効いてこないのに， 静電気力は日常生活にも影響を及ぼします（でも，この式が[クーロン]という 単位の定義式なので，この書き方には問題があるとは思います）。 これまで出てきた近接力（例えば，垂直抗力，張力，弾性力，摩擦力など）は すべて本をただせば静電気力のことなのです。

４．静電気力による位置エネルギー

万有引力には位置エネルギーがありました。 静電気力も同様に，仕事が経路によらない保存力なので， 位置エネルギーを定義できます。

※万有引力との違いは，プラスマイナスです。 同符号の電荷には反発力が働くので，軸の向きと静電気力の向きが逆向きになります。 このため，仕事はマイナスをつけた上で積分しなければなりません（仕事は力と移動の内積）。 しかし，この事実は非常に重要で，質量にはマイナスがない！ これが静電気力と万有引力の統合を妨げているようです（あまりよくわかってない）。

このように静電気力と万有引力は非常に似たものです。 次回は練習問題を解き，万有引力では学習しなかった電場と電位という概念を学習します。

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