電気的な位置エネルギー
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/07/06 01:14 UTC 版)
「位置エネルギー」の記事における「電気的な位置エネルギー」の解説
電荷の周りには静電ポテンシャル V が発生する。原点に電気量 q' の電荷を置いたとき、 V = − ∫ ∞ r q ′ 4 π ϵ 0 r 2 d r = 1 4 π ϵ 0 q ′ r {\displaystyle V=-\int _{\infty }^{r}{\frac {q'}{4\pi \epsilon _{0}r^{2}}}dr={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}{\frac {q'}{r}}} となる。さらに原点から距離 r だけ離れた点に電気量 q の別の電荷を置くと、その電荷は次のような位置エネルギーを持つ。 U = q V = 1 4 π ϵ 0 q q ′ r {\displaystyle U=qV={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}{\frac {qq'}{r}}} ここで ϵ 0 {\displaystyle \epsilon _{0}} は真空の誘電率である。 この場合、基になった力がクーロン力と考えれば、試験電荷 q {\displaystyle \mathbf {} q} を用いて { f ( r ) = q q ′ 4 π ϵ 0 r 2 } ⟶ U = − ∫ ∞ r q q ′ 4 π ϵ 0 r 2 d r = 1 4 π ϵ 0 q q ′ r {\displaystyle \left\lbrace f(r)={\frac {qq'}{4\pi \epsilon _{0}r^{2}}}\right\rbrace \longrightarrow U=-\int _{\infty }^{r}{\frac {qq'}{4\pi \epsilon _{0}r^{2}}}dr={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}{\frac {qq'}{r}}} とし、更に V = U q {\displaystyle V={\frac {U}{q}}} から静電ポテンシャルが導出される。 電荷の存在そのものに周囲を電気的に歪めて電場を形成し、電荷の変化による電場の変化が光速で伝わる事が分かっている。本来はクーロン力がこの電場から生じていると解釈し、この電場を介した作用を近接相互作用という。ここからより本源的なポテンシャルの考え方が生まれる。重力の場合も同様に場を形成している（重力場）。
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