쿨롱 법칙 문서 원본 보기

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'''쿨롱 법칙'''({{lang|en|Coulomb's law}}) 또는 '''쿨롱 힘 법칙'''({{lang|en|Coulomb force law}})은 두 [[하전 입자|전하 입자]] 사이에 작용하는 정전기적 인력이 두 [[전하]]의 곱에 비례하고, 두 입자 사이의 거리(<math>r</math>)의 제곱에 반비례한다는 법칙이다. [[역제곱 법칙]]의 하나다. [[샤를 드 쿨롱]]이 발견했다.

== 쿨롱의 실험 ==
[[샤를 드 쿨롱]]은 금속공과 비틀림 저울을 이용하여 두 점전하 사이에 작용하는 힘을 측정하고, 두 전하 사이에서 작용하는 힘은 두전하 크기의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다는 쿨롱 법칙을 발견하였다.<ref name="물리학회">한국물리학회, 전기와 자기의 밀고 당기기, 동아사이언스, 2006, {{ISBN|89-91844-09-X}}, 65-68쪽</ref>

{| class="toccolours" style="border: 2px solid #aeffae; margin: 0 0 1em 1em; font-size: smaller; width:65%;"
|- 
|colspan="2" style="text-align:center;"|'''쿨롱의 전하 측정 실험'''<br />
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|-
|style="width:204px;" rowspan="2"| [[파일:Bcoulomb.png|200px|섬네일|왼쪽| [[샤를 드 쿨롱]]이 고안한 전하 측정 시험장치]]
|style="text-align:left;" | '''실험과정'''<br /> 1. 금박을 입힌 작은 금속공을 여러 개 준비한다. <br /> 2. 하나의 금속공을 마찰하여 정전기를 대전시킨다. <br /> 3. 대전된 금속공에 다른 금속 공을 접촉시키면 각 금속공의 전하량은 원래 전하량의 ½이 된다. 이와 같은 방법으로 마찰로 대전된 전하량에 대해 1/4, 1/8, 1/16의 전하량을 갖는 금속공을 준비한다. <br /> 4. 왼쪽 그림과 같은 비틀림 저울을 설치하고 한쪽에는 1/2 전하량을 갖는 금속공을 놓고 다른 쪽에는 서로 다른 전하량을 갖는 금속공을 연결하여 금속공이 이동하는 거리를 측정한다.
|-
| '''실험 결과''' <br /> 두 전하 사이에서 작용하는 힘은 두 전하 크기의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다.
|}

== 수학적 표현 ==
위 실험 결과를 식으로 나타내면 다음과 같다.<ref name="물리학회"/>
:<math>F = k_\mathrm{e} \frac{q_1q_2}{r^2}</math>
:<small>
 <math>F</math> = 전기력
 <math>k_e</math> = 쿨롱 상수
 <math>q_1</math>·<math>q_2</math> = (전하의 크기)의 곱
 <math>r</math> = 두 전하 사이의 거리</small>
두 전하의 부호가 같으면 밀어내고, 다르면 끌어당긴다.

* 위 식에서 k<sub>e</sub>는 '''쿨롱 힘 상수'''로 다음과 같다.
:<math>
k_e = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} = 8.987\,551\,787\,\times 10^9
</math>
::<math>\approx 9 \times 10^9</math>   ([[뉴턴 (단위)|N]] · [[미터|m]]<sup>2</sup> · [[쿨롱|C]]<sup>−2</sup> )

따라서, 각각 1[[쿨롱|C]]의 크기를 갖는 두 전하가 1[[미터|m]]의 거리에 있을 때 발생하는 힘은 다음과 같이 계산될 수 있다.<ref name="물리학회"/>
:<math>F = 9 \times 10^9 N m^2</math> <math>C^{-2} </math>{{·}}<math> \frac{1C \times 1C}{1m^2}</math>
:: <math>= 9 \times 10^9N</math>
<math>\approx 1000 \times 10^6 </math> ([[킬로그램힘|Kg중]]) = 100만 [[톤|t]]중

즉, 각각 1C의 전하량을 갖는 두 점전하가 1m의 거리에 있을 때 발생하는 힘은 1t 트럭 100만 대와 맞먹는다. 이렇게 큰 힘이 기준 단위가 된 것은 전기에 대한 상세한 지식이 없는 시절에 이를 측정 단위로 삼았기 때문이다. 실제 일상 생활에서 발생하는 정전기의 전하량은 대략 {{e|-6}}에서 {{e|-9}} 쿨롱 정도에 불과하다.<ref name="물리학회"/>

== 역제곱 법칙 ==
{{본문|역제곱 법칙}}
쿨롱 법칙은 [[만유인력의 법칙]]과 같이 역제곱 법칙, 즉 전하를 띤 두 물체 사이에 가해지는 힘이, 거리의 제곱에 반비례한다. 이는 공간이 3차원일 때 일정한 밀도로 퍼져나가는 [[전기장]]이 어떤 거리에서 2차원 면을 이루는 것과 관계가 있다.

== 같이 보기 ==
* [[비오-사바르 법칙]]
* [[전기장]]
* [[쿨롱]]
* [[전자기 상호작용]]

== 각주 ==
{{각주}}

== 외부 링크 ==
* [https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3567519&cid=58941&categoryId=58960 네이버 캐스트 - 전기력]

{{전거 통제}}

[[분류:과학 법칙]]
[[분류:물리학 개념]]
[[분류:사람 이름을 딴 낱말]]
[[분류:전자기학]]
[[분류:정전기학]]
[[분류:힘]]