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単語帳
高校1~高校2年生 (15-17歳)

電場と電位

Electric Field and Electric Potential

電場は電荷のまわりにできる見えない力の領域で、磁石のまわりに磁場があるのと同じです。 電場の中に別の電荷を置くと力を受け、電場の強さは単位正電荷が受ける力で定義されます。 電荷の大きさや距離によって力の向きと強さが変わります。 このページでは電荷量と距離をスライダーで変えながら、電場がどう変わるかを確かめてみましょう。

電場とは?
見えない力の領域
①磁石の周りに磁場があるように、電荷の周りに電場がある
②電場中に別の電荷を置けば力を受ける
③電場の強さE = 単位正電荷(+1C)が受ける力
④例え:電場は"見えない風" — 電荷はこの風に押される
電気力線と等電位面
3 C
💡 電気力線の規則
①正電荷(+)から出て負電荷(−)へ入る
②線が密なほど電場が強い(密度=強さ)
③線は互いに交差しない
④等電位面は電気力線に常に垂直
⑤距離2倍 → 密度1/4 → Eも1/4(逆2乗則)
クーロンの法則と電場の式
5
クーロンの法則
F = kQ₁Q₂
k = 9×10⁹ N·m²/C²、同符号は斥力、異符号は引力
電場の強さ
E = kQ [N/C = V/m]
点電荷Qから距離rの電場
📐 核心関係
①F = qE — 電場中の電荷が受ける力=電荷×電場
②距離2倍 → 力1/4(逆2乗則)
③電場の重ね合わせ:複数電荷の電場をベクトル合成
④同方向 → 合力大、逆方向 → 合力小
電位と電場の関係
電位(電気ポテンシャル)
V = kQr [V]
単位正電荷を無限遠からrまで運ぶのに必要な仕事
電場と電位差
E = -ΔVΔr
電場=電位の変化率 — 山道の傾斜と同概念
🏔️ 地形で例える
①電位=高さ:正電荷は高所(+)から低所へ"転がる"
②電場=傾斜:急斜面(ΔV大) → 大きな力=強い電場
③等電位面=等高線:同じ高さでの移動 → 仕事=0(力⊥動き)
④正電荷周辺:近いほど電位高 / 負電荷:近いほど低
例題で確認
例題 1
電場の強さが 200 N/C の場所に +0.5 C の電荷を置いた。この電荷が受ける電気力は?
1
電荷が受ける力 F = qE を使う。
F = qE
2
q = 0.5 C, E = 200 N/C を代入する。
F = 0.5 × 200 = 100 N
100 N
F = qE は電場中の電荷が受ける力。正電荷は電場と同じ向きに力を受ける。
例題 2
間隔 0.02 m の平行板間に 100 V の電圧がかかっている。板間の一様な電場の強さは?
1
平行板間の一様な電場は E = V/d で求める。
E = Vd
2
V = 100 V, d = 0.02 m を代入する。
E = 1000.02 = 5000 V/m
5000 V/m(= 5000 N/C)
平行板間は一様な電場 E = V/d。単位 V/m と N/C は等しい。
総まとめ
電場
E = kQ
N/C
電位
V = kQr
V (ボルト)
共通テスト類題
点電荷からの距離が 2 倍になると、その点の電場の強さはどう変わるか?
2 倍になる
12 倍になる
4 倍になる
14 倍になる
変わらない
14 倍になる
1
点電荷の電場は E = kQ/r² で距離の 2 乗に反比例する。
E = kQr2
2
r が 2 倍なら r² は 4 倍 → E は 1/4 倍。
r→2r ⇒ E ∝ 1(2r)2 = 14E
🎯 試験ポイント
①クーロンの法則:F = kQ₁Q₂/r²(同符号→斥力、異符号→引力)
②電場:E = kQ/r² — 距離の2乗に反比例(ベクトル!)
③電位:V = kQ/r — 距離に反比例(スカラー!)
④等電位面上の移動 → 仕事=0(力と動きが垂直)
⑤電場の方向 = 電位の減少方向(高→低)
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