¿Los objetos tienen energía debido a su carga?

El problema con su pregunta, y la razón por la que tiene tantos comentarios pidiendo aclaraciones, es que la energía es un concepto resbaladizo. En términos generales, estamos interesados ​​en las diferencias de energía. Entonces, por ejemplo, si considera dos partículas cargadas, es fácil calcular el cambio de energía a medida que las junta. Por el contrario, si tienes un universo con un solo electrón, no está del todo claro qué quieres decir con la energía del electrón. Uno de los comentarios se refería a la energía propia del electrón , pero clásicamente esta es infinita. Incluso si consideras la mecánica cuántica, la energía propia es infinita hasta que la conviertes en una diferencia.

Pero déjame sugerirte una forma de verlo que podría resultarte interesante. NB, esta no es una respuesta, porque no estoy seguro de que su pregunta tenga una respuesta tal como está, pero es una perspectiva.

Aunque normalmente consideramos diferencias de energía, consideramos que la masa es absoluta. Después de todo, un cuerpo puede no tener masa o tener una masa en reposo finita, y esto generalmente no es ambiguo. Pero sabemos que la energía y la masa están relacionadas por la famosa ecuación de Einstein$E = mc^2$, por lo que si la carga de un electrón aumenta su energía, también debe aumentar su masa. La masa viene en dos sabores: masa inercial y masa gravitacional (Einstein nos dice que son lo mismo). No podemos hacer mucho con la masa inercial porque no tenemos un electrón sin carga para comparar con un electrón cargado, pero podemos observar la masa gravitatoria.

El campo gravitacional de un objeto aislado, con simetría esférica y cargado (como un electrón) viene dado por la métrica de Reissner-Nordström . Esto es algo opaco para los que no son nerds, pero hagamos una pregunta simple: ¿cómo depende la velocidad de escape del cuerpo cargado de la carga?

La velocidad de escape viene dada por :

dónde$M$es la masa del objeto y$Q$es su cargo. Sin embargo, esto nos dice algo bastante extraño. A medida que aumenta la carga, la velocidad de escape disminuye y, de hecho, si aumenta la carga lo suficiente, la velocidad de escape cae a cero. Entonces, un cuerpo cargado tiene una gravedad menor que un cuerpo sin carga de masa idéntica.

Ahora bien, es casi seguro que no tiene sentido describir un electrón como un agujero negro de Reissner-Nordström . Aparte de cualquier otra cosa, su horizonte de eventos sería muchos órdenes de magnitud más pequeño que la longitud de Planck y esperaría que alguna teoría de la gravedad cuántica desconocida hasta ahora tomara el relevo de la Relatividad General y cambiara sus predicciones. Sin embargo, podría usar el razonamiento anterior para afirmar que un electrón cargado en realidad tiene una energía más baja que uno sin carga. Ahora hay un resultado inesperado :-)

Mi instinto me dice que las cosas deberían tener energía debido a su carga, como tienen energía debido a su masa.

No eres el primero que tuvo esta idea. De hecho, había un concepto llamado "masa electromagnética", donde la energía electrostática$E_{em}$de una partícula cargada en reposo sería

(dónde$e$es el cargo y$r$el radio de la partícula)

y debido a que la energía y la masa son equivalentes, la masa electrostática$M_{em}$debiera ser

Para citar de Wikipedia :

Wilhelm Wien y Max Abraham llegaron a la conclusión de que la masa total de los cuerpos es idéntica a su masa electromagnética.

Por supuesto, también contribuirían la fuerza débil y fuerte, así como el electromagnetismo.

No sé si esto responderá a tu pregunta, pero aquí va...

Las cargas eléctricas tienen una energía potencial electrostática que es la cantidad de trabajo realizado al mover una carga en un campo eléctrico contra las fuerzas de atracción o repulsión. Si este campo eléctrico es producido por una unidad de carga, entonces se llama$\text{voltage}$.

Cuando cargas en movimiento la constante$\frac{1}{4\pi \epsilon}$determina la cantidad de trabajo realizado para ensamblar las cargas. Para una carga aislada, no puede determinar la energía potencial a menos que lleve una carga de prueba al campo.

La energía no se puede obtener de cargas estacionarias y no hay energía de reposo para una partícula sin masa pero cargada. Tenga en cuenta que la energía se puede obtener de la masa independientemente de su movimiento ($E = mc^2$). Lo mismo ocurre con el momento, la energía cinética, etc. Estos dependen solo de la masa y no de la carga, el magnetismo, etc.