クーロンの法則：電磁気学における荷電粒子間の相互作用

クーロンの法則（英: Coulomb's law）は、静止している2つの荷電粒子間に働く力の大きさと向きを記述する電磁気学の基本法則です。この法則によれば、荷電粒子間に働く力（クーロン力）は、それぞれの電荷の積に比例し、粒子間の距離の2乗に反比例します。

歴史的背景

18世紀後半、電気現象に関する研究は定性的な段階から定量的な段階へと移行しました。1773年、イギリスのヘンリー・キャヴェンディッシュは、同心球を用いた実験により、電気力が距離の逆2乗に従うことを高い精度で突き止めていました。しかし、この成果は彼の死後、1879年にジェームズ・クラーク・マクスウェルによって編集・公表されるまで世に知られることはありませんでした。

一方、フランスのシャルル・ド・クーロンは1785年、ねじり天秤を用いた実験により、独立してこの法則を導き出しました。今日では、この法則はクーロンの名を冠して呼ばれています。なお、クーロンの実験データには誤差が含まれており、彼が理論的考察から逆2乗則を確信し、それを実証するために実験を行った可能性が指摘されています。

物理的性質

真空中において、電荷 q₁ と q₂ を持つ2つの荷電粒子が距離 r 離れている場合、その間に働く力 F は以下の式で表されます。

この力は「静電気力」や「静電引力」とも呼ばれます。距離の指数については、現代の精密な実験により 2 + δ （|δ| < 2×10⁻⁹）であることが確認されており、実用上は厳密な逆2乗則として扱われます。

磁荷に関するクーロンの法則

電磁気学におけるE-H対応に基づき、磁荷を帯びた粒子間にも同様の法則を適用することが可能です。ただし、磁荷（磁気単極子）は自然界において単独で存在することが確認されておらず、あくまで理論的な概念として扱われます。磁気現象の記述には、微小なループ電流を源とするアンペールの法則などが一般的に用いられます。