최종 업데이트: 2026-06-14

쿨롱 법칙

쿨롱 법칙은 정지해 있는 두 점전하 사이의 정전기력을 설명합니다. 힘은 두 전하량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례합니다: $F = k \cdot \frac{q_1 q_2}{r^2}$. 여기서 $q_1$과 $q_2$는 전하량, $r$은 두 전하 사이의 거리, $k \approx 8.99 \times 10^9\ \text{N·m}^2/\text{C}^2$는 쿨롱 상수입니다. 샤를-오귀스탱 드 쿨롱이 1785년에 실험으로 이 관계를 확립했으며, 이는 정전기학의 근본 원리입니다.

이 계산기는 두 점전하 사이의 힘의 크기를 반환하고, 전하 부호에 따라 인력 또는 척력 여부를 표시합니다.

같은 부호는 척력, 반대 부호는 인력

힘의 방향은 두 전하의 부호에만 의존합니다. 같은 부호(모두 양성 또는 모두 음성)인 두 전하는 서로 밀어내므로 척력이 작용합니다. 양전하와 음전하는 서로 당기므로 인력이 작용합니다. 힘은 항상 두 전하를 잇는 직선 방향으로 작용하며, 뉴턴의 제3법칙에 따라 각 전하는 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 받습니다.

공식

물리량	기호	의미
힘	$F$	정전기력의 크기, $F = k \cdot \frac{\lvert q_1 q_2 \rvert}{r^2}$
전하 1	$q_1$	첫 번째 점전하, 단위: 쿨롱(C)
전하 2	$q_2$	두 번째 점전하, 단위: 쿨롱(C)
거리	$r$	두 전하 사이의 거리
상수	$k$	쿨롱 상수, $8.9875 \times 10^9\ \text{N·m}^2/\text{C}^2$

힘은 $1/r^2$에 비례해 감소하므로, 거리를 두 배로 늘리면 힘은 1/4로, 세 배로 늘리면 1/9로 줄어듭니다. 이는 중력이나 빛의 세기와 마찬가지인 역제곱 법칙입니다.

계산 예시

각각 +1 µC($1 \times 10^{-6}$ C)의 전하를 가진 두 작은 구가 1 cm(0.01 m) 거리에 있습니다. 두 전하 사이의 힘은 다음과 같습니다:

$$\begin{aligned} F &= k \cdot \frac{q_1 q_2}{r^2} \\ &= 8.9875 \times 10^9 \times \frac{(10^{-6})(10^{-6})}{(0.01)^2} \\ &= 89.9\ \text{N} \end{aligned}$$

두 전하가 모두 양성이므로 힘은 척력입니다. 전하 1과 전하 2에 각각 1 µC, 거리에 0.01 m를 입력하면 이 결과를 재현할 수 있습니다. 단 1 마이크로쿨롱의 전하도 센티미터 거리에서 약 90 뉴턴의 힘을 만들어 낸다는 점에 주목하세요 — 정전기력은 중력에 비해 엄청나게 강합니다.

쿨롱 법칙과 중력

쿨롱 법칙은 뉴턴의 만유인력 $F = G \cdot \frac{m_1 m_2}{r^2}$와 같은 역제곱 형태를 가집니다. 두 법칙의 차이는 시사하는 바가 큽니다. 중력은 질량에 의존하며 항상 인력인 반면, 정전기력은 전하에 의존하며 인력과 척력 모두 가능합니다. 또한 정전기력은 훨씬 강합니다: 두 양성자 사이의 정전기력은 중력보다 약 $10^{36}$배 커서, 일상의 물질이 중력이 아닌 전기력으로 묶여 있는 이유가 여기에 있습니다.

한계

이 공식은 점전하 — 두 전하 사이 거리에 비해 크기가 매우 작은 물체 — 가 진공이나 공기 중에 정지해 있을 때 적용됩니다. 다른 매질 내부에서는 그 매질의 비유전율만큼 힘이 감소합니다. 운동 중인 전하는 쿨롱 법칙만으로 설명할 수 없는 자기 효과도 발생시키므로, 이를 완전히 다루려면 전자기학 전체 체계가 필요합니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

쿨롱 법칙이란 무엇인가요?

쿨롱 법칙은 두 정지 점전하 사이의 정전기력을 나타냅니다: F = k·q₁·q₂/r². 여기서 q₁과 q₂는 전하량, r은 두 전하 사이의 거리, k ≈ 8.99 × 10⁹ N·m²/C²는 쿨롱 상수입니다. 힘은 두 전하를 잇는 직선 방향으로 작용하며, 부호가 같으면 척력, 반대이면 인력입니다.

쿨롱 상수 k의 값은 얼마인가요?

쿨롱 상수는 k = 1/(4πε₀) ≈ 8.9875 × 10⁹ N·m²/C²이며, 여기서 ε₀는 자유 공간의 유전율(8.854 × 10⁻¹² C²/(N·m²))입니다. 이 계산기는 8.9875517923 × 10⁹을 사용합니다. 이 값은 진공 또는 근사적으로 공기 중의 전하에 적용되며, 다른 매질 내부에서는 매질의 비유전율로 나눠야 합니다.

인력인지 척력인지 어떻게 알 수 있나요?

두 전하의 부호를 확인하세요. 같은 부호(양-양 또는 음-음)이면 척력, 서로 다른 부호이면 인력입니다. 수식에서 q₁·q₂의 곱이 양수이면 척력, 음수이면 인력입니다. 이 계산기는 힘의 크기를 계산하고, 전하 곱의 부호에 따라 방향을 표시합니다.

쿨롱 법칙과 중력은 어떻게 다른가요?

쿨롱 법칙과 뉴턴의 만유인력 법칙은 모두 역제곱 형태를 따릅니다 — 힘이 1/r²에 비례해 감소합니다. 주요 차이점은, 중력은 질량에 의존하며 항상 인력인 반면, 정전기력은 전하에 의존하며 인력 또는 척력이 될 수 있다는 것입니다. 또한 정전기력은 훨씬 강해서, 두 양성자 사이의 정전기력은 중력보다 약 10³⁶배 큽니다.