電磁気学
二つの電荷間に働くクーロン力
クーロンの法則を定性的に調べます。力は |q₁q₂| に比例し r² に反比例し、向きは電荷の符号で決まります。 電荷と距離を変えたときの力を測定し、 を確かめます。
⚠ 電荷のシミュレーションは仮想です。実験で高電圧電源に触れないでください。
器具
- ドラッグして位置を変えられる二つの点電荷
- q₁、q₂、距離 r のスライダー、電気力線の表示切替
手順
引力と斥力を試す
q₁、q₂ のスライダーで異符号にし、力ベクトルが互いを向くことを確認します。一方を同符号に変えると斥力になります。q₁、q₂ を固定して r を大きくし、次に小さくして表示される力の大きさを比べます。「電気力線」をオンにして場の形を見ます。球を直接ドラッグして相対位置を変えることもできます。 観測した量を次の関係式と比較します： .
距離との関係を調べる
q₁、q₂ を固定し、異なる二つの距離 r で力を記録します。式 と比べ、距離を2倍にすると力が4分の1になることを確かめます。
電荷の大きさを変える
r と電荷の符号を固定し、q₁、次に q₂ の大きさを増やします。力の表示を観察し、電気力線も表示して比べ、 に比例する関係を記録します。
シミュレーション
実験の歴史
シャルル＝オーギュスタン・ド・クーロン（1736–1806）は、フランスの軍人技術者・物理学者で、改良したねじり秤を用いて電気力と磁気力を研究しました。1785年以降に発表した論文では、細い繊維に小さな帯電球をつるし、その作用で生じるねじれを測定して、近距離の相互作用を定量化しました。
クーロンの測定は、点電荷間の力が距離の二乗に反比例し、電荷の大きさの積に比例することを示しました。電荷の符号は引力か斥力かを決めます。これは条件を制御した実験結果であり、18世紀末の電気学を定量的な科学へ進めました。比例定数は彼の名で呼ばれますが、現代的な法則の表現は後の電磁気学の枠組みに属します。彼のねじり秤の精密さは、肉眼で直接測りにくい微小な力を実験で比較する方法を示し、後の研究者が電荷の性質を数値で論じる手本にもなりました。こうした定量測定は、電気現象を単なる引力・斥力の記述から、距離や電荷量を含む再現可能な関係式へ進める上で重要でした。