クーロンの法則 F = Q₁Q₂ / (4πε₀r²) を使う。
令和7年度 下期 第三種電気主任技術者 理論 問2
図のように、真空中の 3 m 離れた 2 点 A、B にそれぞれ 3×10⁻⁷ C の正の点電荷がある。A 点と B 点とを結ぶ線分上の A 点から 1 m 離れた P 点に Q [C] の正の点電荷を置いたとき、その点電荷に B 点の方向に 5×10⁻³ N の力が働いた。この点電荷 Q の値 [C] として、最も近いものを次の (1)〜(5) のうちから一つ選べ。
ただし、真空中の誘電率を ε₀ = 8.85×10⁻¹² F/m とする。

選択肢
解説
結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成
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比例定数: 1/(4πε₀) = 1/(4π × 8.85×10⁻¹²) ≒ 8.99×10⁹ N·m²/C²
補足Layer 3展開閉じる
P 点の Q は正電荷なので、A、B の正電荷からそれぞれ反発力を受ける。
・A からの力(距離 1 m): P を A から遠ざける向き、つまり B の方向。
F_A = 8.99×10⁹ × 3×10⁻⁷ × Q / 1² ≒ 2697Q [N]
・B からの力(距離 2 m): P を B から遠ざける向き、つまり A の方向。
F_B = 8.99×10⁹ × 3×10⁻⁷ × Q / 2² ≒ 674Q [N]
B 方向を正とした合力:
F = F_A − F_B = 8.99×10⁹ × 3×10⁻⁷ × Q × (1 − 1/4) ≒ 2023Q [N]
これが 5×10⁻³ N なので、
Q = 5×10⁻³ / 2023 ≒ 2.47×10⁻⁶ C ≒ 2.5×10⁻⁶ C
よって正答は (3)。
各選択肢の解説
- (1)
1.2×10⁻⁹
誤り。Q = 1.2×10⁻⁹ C のとき、B 方向の合力は約 2023 × 1.2×10⁻⁹ ≒ 2.4×10⁻⁶ N となり、題意の 5×10⁻³ N より約 3 桁小さい。
- (2)
1.8×10⁻⁸
誤り。Q = 1.8×10⁻⁸ C のとき、B 方向の合力は約 2023 × 1.8×10⁻⁸ ≒ 3.6×10⁻⁵ N となり、題意の 5×10⁻³ N より約 2 桁小さい。
- (3)
2.5×10⁻⁶
正しい。A からの反発力(B 方向)と B からの反発力(A 方向)の差 F = 8.99×10⁹ × 3×10⁻⁷ × Q × (1 − 1/4) を 5×10⁻³ N とおくと、Q ≒ 2.47×10⁻⁶ C となり、最も近い値である。
- (4)
4.4×10⁻⁵
誤り。Q = 4.4×10⁻⁵ C のとき、B 方向の合力は約 2023 × 4.4×10⁻⁵ ≒ 8.9×10⁻² N となり、題意の 5×10⁻³ N より 1 桁以上大きい。
- (5)
7.3×10⁻⁵
誤り。Q = 7.3×10⁻⁵ C のとき、B 方向の合力は約 2023 × 7.3×10⁻⁵ ≒ 1.5×10⁻¹ N となり、題意の 5×10⁻³ N より 1 桁以上大きい。
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