Che cosa significa essere / avere una carica negativa?

La decisione di chiamare un tipo di carica positiva e un tipo di carica negativa è del tutto arbitraria.

Tutte le cariche elettriche sono positive o negative.

È conveniente esprimere la carica in termini di numeri razionali (la più piccola carica teoricamente possibile nel modello standard è +1/3 o -1/3 nelle unità di carica degli elettroni), ma non c’è una ragione fondamentale per cui dobbiamo usare quella terminologia. Potremmo chiamare cariche come quelle del protone “cariche occidentali “e cariche come quelle dell’elettrone” cariche orientali”, per esempio, senza alcun cambiamento di significato.

In altre parole, nel contesto delle cariche elettriche, positivo e negativo sono “direzioni” nello spazio di carica. Le cariche negative sono l’inverso delle cariche positive ma non sono “meno di” cariche positive. Una carica elettrica di zero significa solo che qualcosa è elettromagneticamente “neutro”, cioè equidistante tra positivo e negativo.

Ma la carica elettrica non è come, ad esempio, la massa, per la quale una massa negativa è un non fisico. Per quanto ne sappiamo, non esiste una massa negativa, che è qualcosa che non abbiamo mai osservato e che è definita solo matematicamente. Ma il vero universo fisico è pieno di particelle cariche positive e negative, quasi esattamente nelle stesse quantità.

Centottant’anni fa, quando l’elettromagnetismo stava diventando una scienza, qualcuno ha semplicemente adottato una convenzione di segno che implica che la carica di un elettrone è -1 nelle unità di carica degli elettroni, e la carica di un protone è +1 nelle unità di carica degli elettroni. Se i fisici nella giungla Amazzonica aveva sviluppato elettromagnetismo indipendente di fisici in Europa, e per l’Amazzonia fisici deciso che la carica di un elettrone sarebbe +1 e la carica di un protone sarebbe -1, i loro calcoli dovrebbero produrre esattamente gli stessi previsioni sulle forze elettromagnetiche tra gli oggetti Europeo fisici sarebbe. La direzione del segno è una regola del tutto arbitraria della strada.

Specificamente:

Nel 1839, Michael Faraday dimostrò che l’apparente divisione tra elettricità statica, corrente elettrica e bioelettricità era errata, e tutte erano una conseguenza del comportamento di un singolo tipo di elettricità che appariva in polarità opposte. È arbitrario quale polarità è chiamata positiva e che è chiamata negativa. La carica positiva può essere definita come la carica lasciata su una bacchetta di vetro dopo essere stata strofinata con seta.

Non sapevamo perché le cose con carica positiva avevano cariche positive e le cose con carica negativa avevano cariche negative fino a molto più tardi. L’elettrone fu scoperto nel 1874 da George Johnstone Stoney, e il modello elettrone-protone dell’atomo fu proposto nel 1911 da Antonius van den Broek e provato sperimentalmente nel 1913 da Henry Moseley. Ma, nel 1913, la convenzione sul segno della carica elettrica aveva già 74 anni.

Ai sensi della legge di Coulomb, una carica positiva e una carica positiva si respingono a vicenda, una carica negativa e una carica negativa si respingono a vicenda e una carica positiva e una carica negativa si attraggono.

(La forza di tale attrazione o repulsione è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro. Così, se l’intensità della forza elettromagnetica tra due identici oneri a una distanza di 1 unità a 16, l’intensità della forza elettromagnetica tra loro a una distanza di 2 unità 4, e la forza della forza elettromagnetica tra loro a una distanza di 3 unità, 16/9 (cioè circa 1.78), per ogni unità che si sceglie.)

Quando diciamo che qualcosa ha una carica elettrica positiva, intendiamo semplicemente che ha lo stesso tipo di carica di un protone. E, quando diciamo che qualcosa ha una carica elettrica negativa, intendiamo semplicemente che ha lo stesso tipo di carica di un elettrone.