¿Por qué un electrón tiene carga negativa y cuál es la diferencia entre cargas negativas y positivas?

Nadie ha definido aún el significado real de una carga, o por qué una carga negativa es diferente de una carga positiva.

  1. Todo el mundo sabe que la carga positiva se debe a los protones y la carga negativa a los electrones, pero ¿qué significa la carga?

  2. ¿Por qué se designaron así las cargas negativas y positivas?

  3. ¿Era también una posibilidad llamar positiva a la carga de un electrón y negativa a la carga de un protón?

"Carga" es una propiedad de los objetos. La cantidad total de carga y la distribución de carga de un objeto determinan su comportamiento en los campos electromagnéticos. "positivo" y "negativo" son convenciones (históricas), al igual que "rosa" y "tulipán". Si intercambiáramos estos términos, aún podríamos diferenciar los cargos (y las flores). En ese sentido, no hay un significado absoluto para ninguno de los dos. El hecho mucho más importante es que hay dos polaridades diferentes de cargas que existen en igual número.
POR QUÉ las preguntas en física sobre definiciones fundamentales terminan en los postulados y leyes que deben asumirse para que un modelo matemático se ajuste a los datos existentes y prediga nuevas observaciones. Los postulados y leyes se eligieron para el modelo matemático como axiomas adicionales PORQUE restringen las matemáticas a las observaciones y predicciones correctas. Uno de los postulados implícitos de los datos es la existencia de dos cargas opuestas, y el signo es una convención arbitraria.
Relacionado: physics.stackexchange.com/q/17109/2451 y enlaces allí.
Con respecto a la pregunta 2, es simplemente porque Benjamin Franklin tomó una decisión arbitraria sobre cuál llamar "negativo" versus "positivo" basado en información inadecuada (los electrones y los protones aún no se habían descubierto). Probablemente habría hecho que la electrónica y la física fueran un poco más simples e intuitivas si hubiera hecho la elección opuesta, dando como resultado que los electrones se llamaran "positivos" y los protones "negativos". Una caricatura relevante: xkcd.com/567

Respuestas (4)

En teoría cuántica de partículas elementales (en un sentido de representación irreducible del grupo de Poincaré con masa metro y giro (helicidad) s ) si algún operador q ^ de simetría interna conmuta (como carga de carga eléctrica) con hamiltoniano H ^ de la teoría de campo dada, debe haber

[ q ^ , φ ^ A † ( pag ) ] | ⟩ = q A φ ^ A † ( pag ) , [ q ^ , φ ^ A ( pag ) ] | ⟩ = − q A φ ^ A ( pag ) .
Aquí φ ^ † ( X ) es un campo que crea partículas mientras φ ^ ( X ) es un campo que crea antipartículas.

Entonces puedes ver dos hechos: la partícula tiene carga que es igual a la carga de la antipartícula correspondiente con signo menos; el establecimiento del signo de la carga de la partícula es formal. Podemos establecer la carga de positrones como negativa, la física no cambia.

La carga es sólo la medida de la interacción. Veamos esto en el ejemplo simple.

Sabemos que hay una interacción entre dos electrones que no se puede describir como gravitatoria (son repelidos). También sabemos que el protón y el electrón se atraen (esta interacción tampoco puede describirse como gravitacional porque es más fuerte que ella). Entonces sabemos que esta fuerza de interacción en el caso más simple coincide con 1 r 2 ley, y la medida de la interacción es constante en el tiempo. Necesitamos construir la teoría con estas propiedades. La carga de una partícula dada, como (para simplificar) la masa en caso de interacción gravitacional, nos dice acerca de su participación en la interacción.

Hice una pregunta similar hace algunos meses con la esperanza de obtener alguna información. Parece que todavía no tenemos la explicación de "la gravedad es la flexión del espacio-tiempo" para la carga. Podemos describir el Qué pero no el Por qué. Gran pregunta general!
Su primer párrafo podría asustar a algunos lectores, pero los demás son realmente buenos. +1
@Shookster La teoría de la relatividad general es una excepción en su apariencia, ya que apareció mucho antes de que hubiera datos para confirmar sus predicciones. POR QUÉ las preguntas en física sobre definiciones fundamentales terminan en los postulados y leyes que deben asumirse para que un modelo matemático se ajuste a los datos existentes y prediga nuevas observaciones. Los postulados y leyes se eligieron para el modelo matemático como axiomas adicionales PORQUE restringen las matemáticas a las observaciones y predicciones correctas. Uno de los postulados implícitos de los datos es la existencia de dos cargas opuestas.

Si redesignamos todas las cargas eléctricas positivas como negativas y viceversa, manteniendo su valor absoluto, la física resultante sería la misma. Así que la elección exacta es simplemente una cuestión de convención.

Solo importa que la carga eléctrica del protón y el electrón sean opuestas ( q protón = − q electrón ). La carga es aditiva, lo que significa que si tiene un sistema con carga q 1 y otro sistema con carga q 2 , el sistema combinado tiene la carga q 1 + q 2 (suma de esos cargos).

La carga del electrón es opuesta a la del protón, por lo que la combinación de igual número de protones y electrones tiene una carga total cero, es decir, es eléctricamente neutra. Una de esas combinaciones (hasta otras partículas adicionales (neutrones)) es el átomo habitual (no ionizado).

Se introduce el concepto de carga eléctrica para explicar experimentos (originalmente de electricidad estática). Se encuentra que solo son necesarios dos tipos de cargos y para distinguirlos y para distinguir entre ellos se dan etiquetas. La etiqueta más conveniente es positiva y negativa (que tiene algunas ventajas matemáticas). Es pura convención que a los protones se les asigne una carga positiva y a los electrones negativa.

Se encuentra que todas las cargas del mismo tipo se repelen entre sí, mientras que las cargas de diferentes tipos se atraen entre sí.

Todas las partículas parecen estar agrupadas bajo dos polaridades distintas basadas en la forma de atracción o repulsión. Se dice que las partículas que se repelen entre sí tienen cargas similares. Los que se atraen tienen cargas diferentes. Ser una carga positiva o negativa, es una cuestión de convención ya aceptada por la comunidad científica mundial.

Una Carga es una propiedad que posee un cuerpo cuando existe un desequilibrio interno del número de partículas que llevan diferentes polaridades en función de la atracción o la repulsión.

¿Por qué un electrón tiene carga negativa y cuál es la diferencia entre cargas negativas y positivas?
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