電位計算
1マイクロクーロンの電荷から10センチメートル離れた点の電位は約9 × 10⁴ボルトで、無限遠をゼロとした値です。電荷と距離を入れるだけで、電荷と同じ符号の電位がボルトで分かります。ブラウザで無料で使えます。
- 無料
- ブラウザで動作
- 登録不要
- データは端末の外に出ません
無料で実行
計算例
- 電荷
- 0.000001
- 距離
- 0.1
- K
- 8,987,551,792.3 V
- 電位
- 89,875.517923
- 精度
- 10
この電位計算ツールは、古典的なクーロンの公式V=kQ/rを用いて、選んだ距離における単一の点電荷の静電ポテンシャルを返します。電位は基準に対する単位電荷あたりの電気的ポテンシャルエネルギーであり、真空中の孤立した点電荷の場合、慣習上無限遠でゼロを基準とし、ここで使われるコンパクトな閉じた形の式が得られます。電荷Qと電荷からの動径距離rを指定すると、エンジンはクーロン定数k(SIでの既定値は約8.9875517923×10の9乗)を掛け、rで割ることで、入力が一貫したSI単位である場合にVをボルトで生成します。距離ゼロは、点電荷そのものの位置でポテンシャルが発散するため拒否されます。この経路は純粋な有限算術であり、ネットワーク通信もサンプリングも日付依存の近道もありません。
電位の意味と結果の読み方
ある点における電位とは、静電近似において、その電荷を運動エネルギーの変化なしに基準位置からその点まで運ぶために必要な、単位正試験電荷あたりの仕事です。自由空間にある点電荷Qについて、基準電位を無限遠でゼロに選ぶと、教科書でおなじみの式V=kQ/rが得られます。ここでrは電荷から観測点までの距離、kはSI真空中で1/(4πε₀)に等しいクーロン定数です。
Vの符号はQの符号に従います。正の電荷は近くの電位を高め、負の電荷は電位を下げます。この計算ツールは線電荷、面密度、多重極展開を積分しません。
単一の動径距離を持つ孤立した点電荷のケースのみに答えます。電荷ゼロは許可され、任意の有限rでポテンシャルゼロを単に生みます。距離は厳密に正でなければなりません。
数学的な点電荷の特異な自己ポテンシャルを評価することになるためです。負の距離も、rが符号付きのデカルト座標ではなく動径方向の分離であるため拒否されます。kの任意の上書きにより、一般的な9×10の9乗という教科書的な近似値や、コースが定義する媒質補正済みの定数を使うことができます。
モンテカルロ経路も記号的なCASもありません。
活用例
宿題と実習のチェック
静電ポテンシャルのワークシートやDC実習レポートを採点する前に、教科書の点電荷についてV=kQ/rを計算します。
設計と桁数のチェック
Qと離隔距離rのみが分かっている場合に、等価な点電荷付近のボルトを見積もります。
よくある質問
クーロン定数kを変更できますか?
はい。 kを省略すると既定のSI値が使われます。教科書的な近似値(たとえば9e9)を使う場合はkを設定してください。kは正でなければなりません。
どの単位を使うべきですか?
クーロン、メートル、kについてはN・m²/C²のような一貫した単位系を使ってください。その場合ポテンシャルはボルト(V)になります。このツールは接頭辞を自動変換しません。
電位がマイナスになるのはなぜですか?
電位は電荷の符号を保つためです。正の電荷は周囲の電位を上げ、負の電荷は下げるので、同じ距離なら大きさが同じで符号が逆の値になります。
距離ゼロが受け付けられないのはなぜですか?
点電荷の電位は電荷のある位置で限りなく大きくなり、式がゼロで割ることになるためです。距離は離れ具合を表すので、マイナスの距離も受け付けません。
電位のゼロはどこを基準にしていますか?
無限に遠い点の電位をゼロとしています。真空中に1つだけある点電荷では、この基準を使うと簡単な式で電位が求められます。
関連ツール
開発者向け — APIアクセス
このページの機能はすべてAPIからも利用できます。自社システムに組み込みたいチーム向けのセクションです。それ以外の方は上のツールをそのままお使いください。
エンドポイント
Bearerトークンで認証し、POST1回でタスクをキューに登録します。結果はWebhookまたは署名付きリンクで受け取れます。
お使いのスタックから呼び出す
curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/elec/electric-potential \
-H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
-H "Content-Type: application/json" \
-d '{"charge":0.000001,"distance":0.1}'const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/elec/electric-potential", {
method: "POST",
headers: {
"Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
"Content-Type": "application/json"
},
body: JSON.stringify({
"charge": 0.000001,
"distance": 0.1
})
});
const { task_id } = await res.json();import os, requests
res = requests.post(
"https://api.kit.forhosting.com/elec/electric-potential",
headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
json={
"charge": 0.000001,
"distance": 0.1
},
)
task_id = res.json()["task_id"]<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/elec/electric-potential", false, stream_context_create([
"http" => [
"method" => "POST",
"header" => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
"content" => '{"charge":0.000001,"distance":0.1}',
],
]));
$task = json_decode($res, true);body := bytes.NewBufferString(`{"charge":0.000001,"distance":0.1}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/elec/electric-potential", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)リクエスト例
{
"charge": 0.000001,
"distance": 0.1
}レスポンス例
{
"task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
"type": "elec.electric_potential",
"status": "queued",
"_links": {
"result": "/tasks/tsk_…/result"
}
}非同期APIです。task_idは即時に返ります。ポーリングは1秒あたり1リクエストまでです。
料金
単価はすべて公開しています。トークン換算や独自クレジットはありません。失敗したタスクは課金されません。
制限
max_abs_charge | 1000000000000000 |
max_abs_distance | 1000000000000000 |
max_abs_k | 100000000000000000000 |
エラー
| HTTP | コード | 意味 |
|---|---|---|
401 | unauthorized | APIキーが無効か、指定されていません。Authorizationヘッダーを確認してください。 |
402 | insufficient_balance | 残高が不足しています。チャージ後に再度お試しください。 |
404 | unknown_type | 指定されたタスクタイプは存在しません。タイプ名を確認してください。 |
429 | rate_limited | リクエストが多すぎます。しばらく待ってから再度お試しください。 |
技術的な注記
宿題、実習準備、設計チェックにはブラウザで無料にご利用いただき、CI、指導用ソフトウェア、教育デモで再現可能なポテンシャルフィクスチャが必要な場合は、成功したリクエストごとに$0.002のAPIをご利用ください。
ここでの電位の意味とレスポンスの内容
レスポンスには、正規化された電荷、距離、使用したk、計算されたポテンシャル、適用された精度、electric_potentialというメソッドタグ、短い式の説明、SIと整合する入力のための単位ヒントVが含まれます。r=0では式が未定義になるためinvalid_inputで拒否されます。エンジンはサポートされる数値範囲内で閉じた形の式を評価するか、フィールドマップを独自に発明してはならないワークシート、ユニットテスト、API利用者に適した明確なメッセージとともに入力を拒否します。
電荷・距離・kの読み取り方法とVを再現可能に保つ仕組み
省略された場合、エンジンは既定のSI真空定数である約8.9875517923e9を使用します。指定された各値は、文書化された大きさの上限内の有限な小数でなければなりません。埋め込まれた空白、16進数プレフィックス、非数値トークンは明確なメッセージとともに拒否されるため、不正なセルが誤った電圧につながることはありません。距離ゼロ、微小なイプシロンを下回る距離、負の距離は、V=kQ/rにおけるゼロ除算または正値ルールを名指ししたメッセージとともに失敗します。非正のカスタムkは、このモデルにおいてクーロン定数が正のスカラーであるため拒否されます。電荷の優先フィールドはchargeですが、Q、q、coulomb、coulombsといった別名も受け付けるため、スプレッドシート、クエリ文字列、型付きフォームは同じ契約を再利用できます。距離はdistanceを優先し、r、R、radius、separationといった別名があります。任意のkはkを優先し、coulomb_constant、k_e、keといった別名があります。chargeまたはdistanceの欠落は、そのフィールドを名指ししてinvalid_inputで失敗します。自動化されたパイプライン内でクーロンのポテンシャルを自前で再実装することなく同一の数学的結果が必要な場合は、このページの無料ブラウザ実行と有料APIを組み合わせてご利用ください。
点電荷のポテンシャルチェックが学習・設計・ソフトウェアで役立つ場面
教師は、マイクロクーロンとクーロンを気づかないうちに混同したり基準点を告げずに切り替えたりする不透明な電卓アプリを信頼することなく、手頃な電荷と距離について模範解答をあらかじめ生成できます。メーカーや技術者は、大まかな等価点電荷と離隔距離のみが分かっている帯電した表面周りの桁数チェックにこれを使います。このページでの計算はすべてブラウザ内で完結します。学生がV=kQ/rに出会うのは、静電気学の単元がポテンシャルエネルギーの前にポテンシャルを紹介するとき、実習が点として近似した帯電球からの測定距離でのポテンシャルを求めるとき、あるいはコンテストの問題が完全な有限要素法によるフィールド解を求めることなくQとrを与えてVを尋ねるときです。開発者は同じ契約をスクリプトから呼び出し、フィールド可視化ツール用の決定的なテストベクターの種を作ったり、大まかなシールド見積もりの前にユーザーが入力した点電荷を正規化したり、あいまいなスケッチではなくボルトを要求するプログラミング課題の条件を満たしたりします。プロダクトや教育向けのツールは、学習者が電荷と距離を入力し、UIが安定した式タグとともにポテンシャルを表示しなければならないときにこのエンドポイントを使います。API経由では成功した検索1件につき$0.002がかかり、検証に失敗したリクエストは課金されず、レスポンスが返された後は何も保存されません。この無料のインタラクティブな探索と、同一結果を返す有料APIという分割は、KITのtier-Aカタログの他のツールと同様であり、教室でのデモから自動化パイプラインへ、数学的な結果を変えることなく移行できます。関連する静電気学のステップが必要なときはエネルギーや力のヘルパーと、学習とソフトウェアテスト向けに無料で決定的な電気計算ツールの小さなラボを構築する際は他の物理系エンドポイントと組み合わせてご利用ください。
連携の活用例
決定的なテストフィクスチャ
クーロンのポテンシャル公式に関するユニットテスト、フィールドデモ、CIアサーション向けに再現可能なポテンシャルを生成できます。
技術的な質問
電位計算ツールの料金はいくらですか?
このページのブラウザ版は無料です。API経由では成功したリクエストごとに$0.002がかかり、無効な入力には課金されません。
どの公式が使われていますか?
無限遠でV=0を基準とする孤立点電荷についてV=k・Q/rです。既定のkはSI真空中で約8.9875517923e9です。
距離がゼロの場合はどうなりますか?
入力はinvalid_inputで拒否されます。r=0では点電荷のポテンシャルが未定義(ゼロ除算)になります。