Que signifie être / avoir une charge négative?

La décision d’appeler un type de charge positive et un type de charge négative est entièrement arbitraire.

Toutes les charges électriques sont positives ou négatives.

Il est commode d’exprimer la charge en termes de nombres rationnels (la plus petite charge théoriquement possible dans le modèle standard est +1/3 ou -1 / 3 en unités de charge d’électrons), mais il n’y a pas de raison fondamentale que nous devions utiliser cette terminologie. On pourrait appeler des charges comme celles du proton « charges de l’Ouest » et des charges comme celles de l’électron « charges de l’Est », par exemple, sans aucun changement de sens.

En d’autres termes, dans le contexte des charges électriques, le positif et le négatif sont des « directions » dans l’espace des charges. Les charges négatives sont l’inverse des charges positives, mais elles ne sont pas « inférieures » aux charges positives. Une charge électrique nulle signifie simplement que quelque chose est électromagnétiquement « neutre », c’est-à-dire équidistant entre positif et négatif.

Mais la charge électrique n’est pas comme, par exemple, une masse, pour laquelle une masse négative est une masse non physique. À notre connaissance, il n’existe pas de masse négative, ce que nous n’avons jamais observé et qui n’est défini que mathématiquement. Mais, l’univers physique réel est plein de particules chargées positivement et négativement, dans presque exactement les mêmes quantités.

Il y a cent quatre-vingts ans, alors que l’électromagnétisme venait de devenir une science, quelqu’un a simplement adopté une convention de signe qui implique que la charge d’un électron est -1 en unités de charge d’électrons, et la charge d’un proton est +1 en unités de charge d’électrons. Si les physiciens de la jungle amazonienne avaient développé l’électromagnétisme indépendamment des physiciens européens, et que les physiciens amazoniens décidaient que la charge d’un électron serait +1 et la charge d’un proton serait -1, leurs calculs produiraient précisément les mêmes prédictions sur les forces électromagnétiques entre les objets que les physiciens européens le feraient. La direction du panneau est une règle tout à fait arbitraire de la route.

Spécifiquement:

En 1839, Michael Faraday a montré que la division apparente entre l’électricité statique, l’électricité actuelle et la bioélectricité était incorrecte, et toutes étaient une conséquence du comportement d’un seul type d’électricité apparaissant dans des polarités opposées. C’est arbitraire quelle polarité est appelée positive et laquelle est appelée négative. La charge positive peut être définie comme la charge laissée sur une tige de verre après avoir été frottée avec de la soie.

Nous ne savions pas pourquoi les choses à charge positive avaient des charges positives et les choses à charge négative avaient des charges négatives que beaucoup plus tard. L’électron a été découvert en 1874 par George Johnstone Stoney, et le modèle électron-proton de l’atome a été proposé en 1911 par Antonius van den Broek et prouvé expérimentalement en 1913 par Henry Moseley. Mais, en 1913, la convention sur les signes de charge électrique avait déjà 74 ans.

Selon la loi de Coulomb, une charge positive et une charge positive se repoussent mutuellement, une charge négative et une charge négative se repoussent mutuellement, et une charge positive et une charge négative s’attirent mutuellement.

(La force de cette attraction ou répulsion est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Ainsi, si l’intensité de la force électromagnétique entre deux charges identiques à une distance de 1 unité est de 16, l’intensité de la force électromagnétique entre elles à une distance de 2 unités est de 4 et l’intensité de la force électromagnétique entre elles à une distance de 3 unités est de 16 / 9e (c’est-à-dire environ 1,78), pour toutes les unités que vous choisissez.)

Lorsque nous disons que quelque chose a une charge électrique positive, nous voulons simplement dire qu’il a le même type de charge qu’un proton. Et, quand nous disons que quelque chose a une charge électrique négative, nous voulons simplement dire qu’il a le même type de charge qu’un électron.