基本問題364 一様な電場

一様な電場中の荷電粒子

直感的理解
平行板コンデンサーの間には一様な電場(場所によらず大きさ・向きが同じ電場)が生じます。電場の大きさは電圧を板間距離で割るだけで求まります。正電荷は電場の向き(高電位→低電位)に力を受けます。

一様な電場の公式:

$$E = \frac{V}{d}$$

$V$:極板間の電圧 [V]、$d$:極板間の距離 [m]

計算:$V = 100$ V、$d = 0.10$ m のとき

$$E = \frac{100}{0.10} = 1.0 \times 10^3\;\text{V/m}$$

荷電粒子に働く力:$F = qE$ より

正電荷:電場の向きに力を受ける(正極板→負極板の向き)

負電荷:電場と逆向きに力を受ける

答え:
$$E = \frac{V}{d} = \frac{100}{0.10} = 1.0 \times 10^3 \text{ V/m}$$ 向き:正極板から負極板の方向
補足:V/m と N/C の関係

電場の単位 V/m と N/C は同じものです:

$$1 \text{ V/m} = 1 \text{ N/C}$$

$V = W/q$、$E = F/q$ より、$V/d = F/(qd) \cdot q = F/q$ で一致。

Point

平行板間の一様電場は $E = V/d$。単位は V/m = N/C。正電荷は電場の向き(電位が下がる方向)に力を受ける。