電場と電位の内容を踏まえて、 静電気力 と 位置エネルギー について解説していきます。

いま、下の図のように、点Aで右向きの電場Eがはたらいているとします。

点Aに +q[C]の電荷 があるとき、この電荷は一体どの方向に、どれくらいの大きさの 静電気力 を受けるかわかりますか。

電場 とは、 1[C]の電荷が受ける静電気力 で 方向を持ったベクトル量 でしたね。電場が 右向き で 大きさE ということは、+q[C]の電荷が受ける力の方向も 電場と同じ右向き になりますよね。 電荷がプラスである限り、受ける力は電場と同じ方向になる のです。

では、+q[C]の電荷が受ける静電気力の大きさFの大きさはいったいいくらになるでしょうか。電場の大きさがEのとき、+1[C]の電荷が受ける静電気力の大きさはEです。したがって、例えば+2[C]の電荷であれば、2倍の2Eになりますね。同様に考えれば、 +q[C]の電荷が受ける静電気力の大きさF は、q倍の qE になりますね。

Fの単位が[N]、qの単位が[C]なので、 電場の大きさEの単位は[N/C] で表されます。 qがプラス ならば 電場と同じ方向の力 を受けますが、 qがマイナス ならば 電場とは逆向きの力 を受けます。

次に、点Aに置いた +q[C]の電荷が持つ位置エネルギー について解説します。

点Aでの 電位がV のとき、この電荷の 位置エネルギーの大きさU はどう求められますか？

電位 とは、 1[C]の電荷が持つ位置エネルギー で 方向なしのスカラー量 でしたね。したがって、例えば+2[C]の電荷であれば、2倍の2Vの位置エネルギーを持ちますね。同様に考えれば、 +q[C]の電荷が持つ位置エネルギーU は、q倍の qV になりますね。

位置エネルギーUの単位は[J]でqの単位は[C]です。したがって、 電位Vの単位は[J/C] と表すことができます。ただし、電位は[J/C]でなく[ V ]という単位を用いる方が一般的です。単位[ V ]の読み方は「 ボルト 」です。