Vad betyder det att vara / ha en negativ laddning?

beslutet att ringa en typ av laddning positiv och en typ av laddning negativ är helt godtyckligt.

alla elektriska laddningar är antingen positiva eller negativa.

det är bekvämt att uttrycka laddning när det gäller rationella tal (Den minsta teoretiskt möjliga laddningen i standardmodellen är +1/3 eller -1/3 i elektronladdningsenheter), men det finns ingen grundläggande anledning att vi måste använda den terminologin. Vi kan kalla avgifter som de i protonen ”West charges” och avgifter som de i elektronen ”East charges”, till exempel, utan någon förändring i mening.

med andra ord, i samband med elektriska laddningar är positiva och negativa ”riktningar” i laddningsutrymme. Negativa laddningar är inversen av positiva laddningar men de är inte ”mindre än” positiva laddningar. En elektrisk laddning på noll betyder bara att något är elektromagnetiskt ”neutralt”, dvs lika långt mellan positivt och negativt.

men elektrisk laddning är inte som till exempel massa, för vilken en negativ massa är en icke-fysisk. Så vitt vi vet finns det inget sådant som negativ massa, vilket är något som vi aldrig har observerat som bara definieras matematiskt. Men det verkliga fysiska universum är fullt av positiva och negativt laddade partiklar, i nästan exakt samma mängder.

för hundra och åttio år sedan, när elektromagnetism bara blev en vetenskap, antog någon helt enkelt en teckenkonvention som innebär att laddningen av en elektron är -1 i elektronladdningsenheter, och laddningen av en proton är +1 i elektronladdningsenheter. Om fysiker i Amazonas djungel hade utvecklat elektromagnetism oberoende av fysiker i Europa, och Amazonas fysiker bestämde att laddningen en elektron skulle vara +1 och laddningen av en proton skulle vara -1, skulle deras beräkningar producera exakt samma förutsägelser om de elektromagnetiska krafterna mellan objekt som de europeiska fysikerna skulle. Skyltens riktning är en helt godtycklig regel på vägen.

specifikt:

år 1839 visade Michael Faraday att den uppenbara uppdelningen mellan statisk elektricitet, strömelektricitet och bioelektricitet var felaktig, och alla var en följd av beteendet hos en enda typ av elektricitet som uppträder i motsatta polariteter. Det är godtyckligt vilken polaritet som kallas positiv och som kallas negativ. Positiv laddning kan definieras som laddningen kvar på en glasstång efter att ha gnuggats med siden.

vi visste inte varför positiva laddade saker hade positiva laddningar och negativt laddade saker hade negativa laddningar förrän mycket senare. Elektronen upptäcktes 1874 av George Johnstone Stoney, och elektron-protonmodellen av atomen föreslogs 1911 av Antonius van Den Broek och bevisades experimentellt 1913 av Henry Moseley. Men 1913 var konventionen om elektrisk laddningsskylt redan 74 år gammal.

enligt Coulombs lag avvisar en positiv laddning och en positiv laddning varandra, en negativ laddning och en negativ laddning avvisar varandra, och en positiv laddning och en negativ laddning lockar varandra.

(styrkan hos den attraktionen eller avstängningen är omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem. Så om styrkan hos den elektromagnetiska kraften mellan två identiska laddningar på ett avstånd av 1 enheter är 16, är styrkan hos den elektromagnetiska kraften mellan dem på ett avstånd av 2 enheter 4 och styrkan hos den elektromagnetiska kraften mellan dem på ett avstånd av 3 enheter är 16/9 (dvs ca 1,78), för alla enheter du väljer.)

när vi säger att något har en positiv elektrisk laddning, menar vi helt enkelt att den har samma typ av laddning som en proton. Och när vi säger att något har en negativ elektrisk laddning, menar vi helt enkelt att det har samma typ av laddning som en elektron.