Ingen har ännu definierat den faktiska betydelsen av en laddning, eller varför en negativ laddning skiljer sig från en positiv laddning.
-
Alla vet att positiv laddning beror på protoner och negativ laddning beror på elektroner, men vad betyder laddningen?
-
Varför utsågs negativa och positiva laddningar så?
-
Var det också en möjlighet att kalla laddningen för en elektron positiv och laddningen för en proton negativ?
Kommentarer
- " Avgift " är en egenskap för objekt. Den totala laddningsmängden och laddningsfördelningen för ett objekt bestämmer dess beteende i elektromagnetiska fält. " positivt " och " negativt " är (historiska) konventioner, precis som " steg " och " tulpan ". Om vi skulle byta dessa villkor kunde vi fortfarande skilja på avgifterna (och blommorna). I den meningen finns det ingen absolut mening för någon av dem. Det mycket viktigare faktum är att det finns två olika polariteter av laddningar som finns i lika många.
- VARFÖR frågor i fysik om grundläggande definitioner hamnar på postulat och lagar som måste antas så att en matematisk modellen passar befintlig data och förutspår nya observationer. Postulaten och lagarna har valts för den matematiska modellen som extra axiom FÖR att de begränsar matematiken till observationer och rätta förutsägelser. Ett av de implicita postulaten från data är förekomsten av två motsatta laddningar, och tecknet är en godtycklig konvention.
- Relaterat: physics.stackexchange.com/ q / 17109/2451 och länkar därifrån.
- När det gäller fråga 2 är det ' enbart för att Benjamin Franklin fattade ett godtyckligt beslut om vilken som ska kallas " negativ " kontra " positiv " baserat på otillräcklig information (elektroner och protoner hade inte upptäckts '). Det skulle förmodligen ha gjort elektronik och fysik något enklare och mer intuitivt om han hade gjort det motsatta valet, vilket resulterade i att elektroner kallades " positiva " och protoner " negativa ". En relevant tecknad film: xkcd.com/567
Svar
I kvantteorin om elementära partiklar (i en mening av oreducerbar representation av Poincare-gruppen med massa $ m $ och spin (helicitet) $ s $) om någon operatör $ \ hat {Q} $ av intern symmetri pendlar (som laddningsladdning) med Hamiltonian $ \ hat {H} $ av given fältteori, måste det finnas $$ [\ hat {Q}, \ hat {\ varphi} ^ {\ dolk} _ {A} (\ mathbf p)] | \ rangle = q_ {A} \ hat {\ varphi} ^ {\ dolk} _ {A} (\ mathbf p), \ quad [\ hat {Q}, \ hat {\ varphi} _ {A} (\ mathbf p)] | \ rangle = -q_ {A} \ hat {\ varphi} _ {A} (\ mathbf p). $$ Här $ \ hat {\ varphi} ^ {\ dagger} (x) $ är ett fält som skapar partiklar medan $ \ hat {\ varphi} (x) $ är ett fält som skapar antipartiklar.
Så du kan se två fakta: partikeln har laddning som är lika med laddningen för motsvarande antipartikel med minustecken; inställningen av partikelns laddningstecken är formell. Vi kan ställa in positronladdningen som negativ, fysiken ändras inte.
Avgift är bara måttet på interaktion. Låt oss se detta på det enkla exemplet.
Vi vet att det finns interaktion mellan två elektroner som inte kan beskrivas som gravitation (de avvisas). Vi vet också att proton och elektron lockas (denna interaktion kan inte heller beskrivas som gravitation eftersom den är starkare än den). Då vet vi att denna interaktionskraft i det enklaste fallet ligger vid sidan av $ \ frac {1} {r ^ {2}} $ lag, och måttet på interaktion är konstant i tiden. Vi måste bygga teorin med dessa egenskaper. Laddningen av given partikel, som (för enkelhetens skull) massan vid gravitationsinteraktion, säger oss om att den deltar i interaktion.
Kommentarer
- Jag ställde en liknande fråga för några månader sedan i hopp om lite insikt. Det verkar som om vi inte har ' " gravitationen-är-böjningen-av-rymdtid " förklaring för avgift ännu. Vi kan beskriva vad men inte varför. Stor övergripande fråga!
- Ditt första stycke kan skrämma vissa läsare, men de andra är riktigt bra.+1
- @Shookster Teorin om allmän relativitetsteori är ett undantag i dess utseende, eftersom det verkade långt innan det fanns några data för att bekräfta dess förutsägelser. VARFÖR frågor i fysik om grundläggande definitioner hamnar på postulaten och lagarna som måste antas så att en matematisk modell passar existerande data och förutsäger nya observationer. Postulaten och lagarna har valts för den matematiska modellen som extra axiom FÖR att de begränsar matematiken till observationer och rätta förutsägelser. Ett av de implicita postulaten från data är att det finns två motsatta laddningar.
Svar
Om vi beteckna alla positiva elektriska laddningar som negativa och vice versa, samtidigt som de behåller deras absoluta värde, skulle den resulterande fysiken vara densamma. Så exakt val är bara en fråga om konvention.
Det betyder bara att elektrisk laddning av proton och elektron är motsatta ($ Q_ \ text {proton} = – Q_ \ text {elektron} $). Avgiften är additiv, vilket innebär att om du har ett system med avgift $ Q_1 $ och ett annat system med avgift $ Q_2 $, har det kombinerade systemet avgiften $ Q_1 + Q_2 $ (summan av dessa avgifter).
Elektronladdningen är motsatt den för proton, så kombinationen av lika antal protoner och elektroner har total laddning noll, dvs den är elektriskt neutral. En sådan kombination (upp till ytterligare andra partiklar (neutroner)) är den vanliga (inte joniserade) atomen.
Svar
begreppet elektrisk laddning introduceras för att förklara experiment (ursprungligen från statisk elektricitet). Det har konstaterats att endast två typer av avgifter är nödvändiga och att särskilja dem och att skilja mellan de får etiketter. Den mest bekväma etiketten är positiv och negativ (det har vissa matematiska fördelar). Det är en ren konvention att protoner tilldelas en positiv laddning och elektroner tilldelas som negativa.
Det har visat sig att alla laddningar av samma typ stöter ut varandra, medan laddningar av olika slag lockar varandra. p>
Svar
Alla partiklar verkar vara grupperade under två distinkta polariteter baserat på sättet attraktion eller avstötning. De partiklar som stöter mot varandra sägs ha liknande laddningar. De som lockar varandra har olika laddningar. Att vara en positiv eller negativ laddning är en fråga om konvention som redan accepterats av världens vetenskapliga samhälle.
En laddning är en egenskap som en kropp besitter när det finns en inre obalans mellan antalet partiklar som bär olika polariteter baserat på attraktion eller avstötning.