Bisher hat noch niemand die tatsächliche Bedeutung einer Ladung definiert oder erklärt, warum sich eine negative Ladung von einer positiven Ladung unterscheidet.
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Jeder weiß, dass positive Ladung durch Protonen und negative Ladung durch Elektronen verursacht wird, aber was bedeutet die Ladung?
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Warum wurden negative und positive Ladungen so bezeichnet?
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War es auch möglich, die Ladung eines Elektrons positiv und die Ladung eines Protons negativ zu nennen?
Kommentare
- " Charge " ist eine Eigenschaft von Objekten. Die Gesamtladungsmenge und die Ladungsverteilung eines Objekts bestimmen sein Verhalten in elektromagnetischen Feldern. " positiv " und " negativ " sind (historische) Konventionen, genau wie " rose " und " Tulpe ". Wenn wir diese Begriffe tauschen würden, könnten wir die Gebühren (und die Blumen) immer noch auseinanderhalten. In diesem Sinne gibt es auch keine absolute Bedeutung. Die viel wichtigere Tatsache ist, dass es zwei verschiedene Ladungspolaritäten gibt, die in gleicher Anzahl existieren.
- WARUM Fragen in der Physik zu grundlegenden Definitionen auf den Postulaten und Gesetzen landen, die angenommen werden müssen, damit eine mathematische Das Modell passt zu vorhandenen Daten und sagt neue Beobachtungen voraus. Die Postulate und Gesetze wurden für das mathematische Modell als zusätzliche Axiome ausgewählt, da sie die Mathematik auf Beobachtungen und korrekte Vorhersagen beschränken. Eines der impliziten Postulate aus Daten ist das Vorhandensein von zwei entgegengesetzten Ladungen, und das Vorzeichen ist eine willkürliche Konvention.
- Verwandte Themen: physics.stackexchange.com/ q / 17109/2451 und Links darin.
- In Bezug auf Frage 2 ist ' nur, weil Benjamin Franklin eine willkürliche Entscheidung getroffen hat welches " negativ " gegenüber " positiv " basierend auf unzureichenden Informationen (Elektronen und Protonen wurden ' noch nicht entdeckt). Es hätte wahrscheinlich Elektronik und Physik etwas einfacher und intuitiver gemacht, wenn er die gegenteilige Wahl getroffen hätte. Die resultierenden Elektronen würden als " positiv " bezeichnet und Protonen " negativ ". Ein relevanter Cartoon: xkcd.com/567
Antwort
In der Quantentheorie der Elementarteilchen (im Sinne einer irreduziblen Darstellung der Poincare-Gruppe mit Masse $ m $ und Spin (Helizität) $ s $), wenn ein Operator $ \ hat {Q} $ der internen Symmetrie pendelt (wie elektrische Ladungsladung) mit Hamiltonian $ \ hat {H} $ der gegebenen Feldtheorie muss es $$ [\ hat {Q}, \ hat {\ varphi} ^ {\ dagger} _ {A} (\ mathbf p)] | \ rangle = q_ {A} \ hat {\ varphi} ^ {\ dagger} _ {A} (\ mathbf p), \ quad [\ hat {Q}, \ hat {\ varphi} _ {A} (\ mathbf p)] | \ rangle = -q_ {A} \ hat {\ varphi} _ {A} (\ mathbf p). $$ Hier ist $ \ hat {\ varphi} ^ {\ dagger} (x) $ ein Feld, das Partikel erzeugt, während $ \ hat {\ varphi} (x) $ ein Feld ist, das Antiteilchen erzeugt.
Sie können also zwei Tatsachen sehen: Das Teilchen hat eine Ladung, die der Ladung des entsprechenden Antiteilchens mit Minuszeichen entspricht; Die Einstellung des Vorzeichens der Teilchenladung ist formal. Wir können die Positronenladung als negativ einstellen, die Physik ändert sich nicht.
Ladung ist nur das Maß für die Interaktion. Sehen wir uns das am einfachen Beispiel an.
Wir wissen, dass es eine Wechselwirkung zwischen zwei Elektronen gibt, die nicht als Gravitation bezeichnet werden kann (sie werden abgestoßen). Wir wissen auch, dass Protonen und Elektronen angezogen werden (diese Wechselwirkung kann auch nicht als Gravitation bezeichnet werden, weil sie stärker ist als sie). Dann wissen wir, dass diese Interaktionskraft im einfachsten Fall mit dem $ \ frac {1} {r ^ {2}} $ -Gesetz zusammenfällt und das Maß der Interaktion zeitlich konstant ist. Wir müssen die Theorie mit diesen Eigenschaften aufbauen. Die Ladung eines bestimmten Teilchens, wie (der Einfachheit halber) die Masse im Falle einer Gravitationswechselwirkung, sagt uns über seine Teilnahme an der Wechselwirkung aus.
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- Ich habe vor einigen Monaten eine ähnliche Frage gestellt, in der Hoffnung auf einen Einblick. Es scheint, dass wir ' nicht die " Schwerkraft ist die Biegung der Raumzeit " Erklärung für die Gebühr noch. Wir können das Was beschreiben, aber nicht das Warum. Tolle Gesamtfrage!
- Ihr erster Absatz könnte einige Leser erschrecken, aber die anderen sind wirklich gut.+1
- @Shookster Die Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie ist eine Ausnahme in ihrem Erscheinungsbild, da sie lange bevor es Daten gab, die ihre Vorhersagen bestätigten, erschien. WARUM Fragen in der Physik zu grundlegenden Definitionen zu Postulaten und Gesetzen führen, die angenommen werden müssen, damit ein mathematisches Modell zu vorhandenen Daten passt und neue Beobachtungen vorhersagt. Die Postulate und Gesetze wurden für das mathematische Modell als zusätzliche Axiome ausgewählt, da sie die Mathematik auf Beobachtungen und korrekte Vorhersagen beschränken. Eines der impliziten Postulate aus Daten ist das Vorhandensein von zwei entgegengesetzten Ladungen.
Antwort
Wenn wir erneut Bezeichnen Sie alle positiven elektrischen Ladungen als negativ und umgekehrt, während Sie ihren absoluten Wert beibehalten, wäre die resultierende Physik dieselbe. Die genaue Wahl ist also nur eine Frage der Konvention.
Es ist nur wichtig, dass die elektrische Ladung von Proton und Elektron entgegengesetzt ist ($ Q_ \ text {proton} = – Q_ \ text {elektron} $). Die Gebühr ist additiv, dh wenn Sie ein System mit der Gebühr $ Q_1 $ und ein anderes System mit der Gebühr $ Q_2 $ haben, hat das kombinierte System die Gebühr $ Q_1 + Q_2 $ (Summe dieser Gebühren). Die Ladung des Elektrons ist der des Protons entgegengesetzt, so dass die Kombination der gleichen Anzahl von Protonen und Elektronen die Gesamtladung Null hat, d. H. Sie ist elektrisch neutral. Eine solche Kombination (bis zu zusätzlichen anderen Teilchen (Neutronen)) ist das übliche (nicht ionisierte) Atom.
Antwort
Die Das Konzept der elektrischen Ladung wird eingeführt, um Experimente zu erklären (ursprünglich aus statischer Elektrizität). Es wird festgestellt, dass nur zwei Arten von Gebühren erforderlich sind, und um sie zu unterscheiden und zwischen ihnen zu unterscheiden, werden Etiketten gegeben. Das bequemste Etikett ist positiv und negativ (das hat einige mathematische Vorteile). Es ist eine reine Konvention, dass Protonen eine positive Ladung und Elektronen eine negative Ladung zugewiesen wird.
Es wurde festgestellt, dass sich alle Ladungen desselben Typs gegenseitig abstoßen, während sich Ladungen verschiedener Typen gegenseitig anziehen.
Antwort
Alle Partikel scheinen je nach Art der Anziehung oder Abstoßung unter zwei unterschiedlichen Polaritäten gruppiert zu sein. Diese Teilchen, die sich gegenseitig abstoßen, sollen ähnliche Ladungen haben. Diejenigen, die sich gegenseitig anziehen, haben unterschiedliche Gebühren. Eine positive oder negative Ladung zu sein, ist eine Konventionssache, die bereits von der Weltwissenschaft akzeptiert wird.
Eine Ladung ist eine Eigenschaft, die ein Körper besitzt, wenn ein internes Ungleichgewicht der Anzahl von Partikeln mit unterschiedlichen Polaritäten aufgrund von Anziehung oder Abstoßung vorliegt.