Was bedeutet es, eine negative Ladung zu haben?

Die Entscheidung, eine Art von Ladung positiv und eine Art von Ladung negativ zu nennen, ist völlig willkürlich.

Alle elektrischen Ladungen sind entweder positiv oder negativ.

Es ist bequem, Ladung in rationalen Zahlen auszudrücken (die kleinste theoretisch mögliche Ladung im Standardmodell ist +1/3 oder -1 / 3 in Elektronenladungseinheiten), aber es gibt keinen grundlegenden Grund, warum wir diese Terminologie verwenden müssen. Wir könnten zum Beispiel Ladungen wie die im Proton „Westladungen“ und Ladungen wie die im Elektron „Ostladungen“ nennen, ohne dass sich die Bedeutung ändert.

Mit anderen Worten, im Zusammenhang mit elektrischen Ladungen sind positiv und negativ „Richtungen“ im Ladungsraum. Negative Ladungen sind das Gegenteil von positiven Ladungen, aber sie sind nicht „weniger als“ positive Ladungen. Eine elektrische Ladung von Null bedeutet nur, dass etwas elektromagnetisch „neutral“ ist, d.h. äquidistant zwischen positiv und negativ.

Aber elektrische Ladung ist nicht wie zum Beispiel Masse, für die eine negative Masse eine nicht-physikalische ist. Nach unserem besten Wissen gibt es keine negative Masse, was wir nie beobachtet haben und nur mathematisch definiert ist. Aber das reale physikalische Universum ist voll von positiv und negativ geladenen Teilchen, in fast genau den gleichen Mengen.

Vor einhundertachtzig Jahren, als der Elektromagnetismus gerade eine Wissenschaft wurde, nahm jemand einfach eine Zeichenkonvention an, die impliziert, dass die Ladung eines Elektrons -1 in Elektronenladungseinheiten und die Ladung eines Protons +1 in Elektronenladungseinheiten ist. Wenn Physiker im Amazonas-Dschungel den Elektromagnetismus unabhängig von Physikern in Europa entwickelt hätten und die amazonischen Physiker entschieden hätten, dass die Ladung eines Elektrons +1 und die Ladung eines Protons -1 wäre, würden ihre Berechnungen genau die gleichen Vorhersagen über die elektromagnetischen Kräfte zwischen Objekten liefern wie die europäischen Physiker. Die Richtung des Schildes ist eine völlig willkürliche Regel der Straße.

Speziell:

1839 zeigte Michael Faraday, dass die scheinbare Trennung zwischen statischer Elektrizität, aktueller Elektrizität und Bioelektrizität falsch war und alle eine Folge des Verhaltens einer einzelnen Art von Elektrizität waren, die in entgegengesetzten Polaritäten auftrat. Es ist beliebig, welche Polarität als positiv und welche als negativ bezeichnet wird. Positive Ladung kann als die Ladung definiert werden, die nach dem Reiben mit Seide auf einem Glasstab verbleibt.

Wir wussten erst viel später, warum positiv geladene Dinge positive Ladungen und negativ geladene Dinge negative Ladungen hatten. Das Elektron wurde 1874 von George Johnstone Stoney entdeckt, und das Elektron-Proton-Modell des Atoms wurde 1911 von Antonius van den Broek vorgeschlagen und 1913 von Henry Moseley experimentell nachgewiesen. Aber 1913 war die Electric Charge Sign Convention bereits 74 Jahre alt.

Nach dem Coulombschen Gesetz stoßen sich eine positive Ladung und eine positive Ladung ab, eine negative Ladung und eine negative Ladung stoßen sich ab und eine positive Ladung und eine negative Ladung ziehen sich an.

(Die Stärke dieser Anziehung oder Abstoßung ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen. Wenn also die Stärke der elektromagnetischen Kraft zwischen zwei identischen Ladungen in einem Abstand von 1 Einheit 16 beträgt, beträgt die Stärke der elektromagnetischen Kraft zwischen ihnen in einem Abstand von 2 Einheiten 4 und die Stärke der elektromagnetischen Kraft zwischen ihnen in einem Abstand von 3 Einheiten 16/9 (d. H. Ungefähr 1, 78) für alle Einheiten, die Sie wählen.)

Wenn wir sagen, dass etwas eine positive elektrische Ladung hat, meinen wir einfach, dass es die gleiche Ladung wie ein Proton hat. Und wenn wir sagen, dass etwas eine negative elektrische Ladung hat, meinen wir einfach, dass es die gleiche Ladung wie ein Elektron hat.