¿Qué significa ser / tener una carga negativa?

La decisión de llamar a un tipo de carga positiva y una carga negativa es totalmente arbitraria.

Todas las cargas eléctricas son positivas o negativas.

Es conveniente expresar la carga en términos de números racionales (la carga teóricamente posible más pequeña en el Modelo estándar es +1/3 o -1/3 en unidades de carga de electrones), pero no hay una razón fundamental para que tengamos que usar esa terminología. Podríamos llamar cargas como las del protón «cargas del Oeste «y cargas como las del electrón» cargas del Este», por ejemplo, sin ningún cambio de significado.

En otras palabras, en el contexto de cargas eléctricas, positivo y negativo son «direcciones» en el espacio de carga. Las cargas negativas son el inverso de las cargas positivas, pero no son «inferiores» a las cargas positivas. Una carga eléctrica de cero solo significa que algo es electromagnéticamente «neutral», es decir, equidistante entre positivo y negativo.

Pero la carga eléctrica no es como, por ejemplo, la masa, para la que una masa negativa es una masa no física. Hasta donde sabemos, no existe la masa negativa, que es algo que nunca hemos observado y que solo se define matemáticamente. Pero, el universo físico real está lleno de partículas cargadas positiva y negativamente, en casi exactamente las mismas cantidades.

Hace ciento ochenta años, cuando el electromagnetismo se estaba convirtiendo en una ciencia, alguien simplemente adoptó una convención de signos que implica que la carga de un electrón es -1 en unidades de carga de electrones, y la carga de un protón es +1 en unidades de carga de electrones. Si los físicos en la selva amazónica hubieran desarrollado electromagnetismo independientemente de los físicos en Europa, y los físicos amazónicos decidieran que la carga de un electrón sería +1 y la carga de un protón sería -1, sus cálculos producirían precisamente las mismas predicciones sobre las fuerzas electromagnéticas entre objetos que los físicos europeos. La dirección de la señal es una regla totalmente arbitraria de la carretera.

Específicamente:

En 1839, Michael Faraday demostró que la división aparente entre electricidad estática, electricidad de corriente y bioelectricidad era incorrecta, y todas eran consecuencia del comportamiento de un solo tipo de electricidad que aparecía en polaridades opuestas. Es arbitrario qué polaridad se llama positiva y cuál se llama negativa. La carga positiva se puede definir como la carga que queda en una varilla de vidrio después de ser frotada con seda.

No sabíamos por qué las cosas con carga positiva tenían cargas positivas y las cosas con carga negativa tenían cargas negativas hasta mucho más tarde. El electrón fue descubierto en 1874 por George Johnstone Stoney, y el modelo electrón-protón del átomo fue propuesto en 1911 por Antonius van den Broek y probado experimentalmente en 1913 por Henry Moseley. Pero, en 1913, la convención de señales de carga eléctrica ya tenía 74 años.

De conformidad con la Ley de Coulomb, una carga positiva y una carga positiva se repelen entre sí, una carga negativa y una carga negativa se repelen entre sí, y una carga positiva y una carga negativa se atraen entre sí.

(La fuerza de atracción o repulsión es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos. Por lo tanto, si la fuerza electromagnética entre dos cargas idénticas a una distancia de 1 unidad es de 16, la fuerza electromagnética entre ellas a una distancia de 2 unidades es de 4, y la fuerza electromagnética entre ellas a una distancia de 3 unidades es de 16/9 (es decir, aproximadamente 1,78), para cualquier unidad que elija.)

Cuando decimos que algo tiene una carga eléctrica positiva, simplemente queremos decir que tiene el mismo tipo de carga que un protón. Y, cuando decimos que algo tiene una carga eléctrica negativa, simplemente queremos decir que tiene el mismo tipo de carga como un electrón.