Определение электрического заряда и правильное объяснение

Я думаю, что каждое фундаментальное определение как бы движется по кругу.

Я бы сказал, что электрический заряд подчиняется законам Максвелла. Но чтобы написать эти законы, вы должны знать$\vec{E}$и$\vec{B}$которые нуждаются в определении электрического заряда.

В конце вы просто группируете вещи, которые выглядят/реагируют одинаково, и называете их. Проблема возникает, когда вам нужно определить, что у них общего. Например, можно сказать, что заряд — это то, что может взаимодействовать с фотоном. Но что такое фотон? Это частица, которая несет взаимодействие между зарядами.

То же самое происходит, когда вы пытаетесь определить массу как что-то, что сопротивляется движению, вызываемому силой, которую необходимо переместить, а затем силу, подобную чему-то, приложенному к массивному объекту, чтобы заставить его двигаться.

Я не вижу выхода из этого круга. Это озадачивает, но вам просто нужно жить с этим, я думаю

На практике для макроскопического тела, такого как кусок металла, заряд этого тела равен разнице между количеством электронов и протонов в теле. Трудно выбить протон (хотя это можно сделать), но для проводников мы можем вытолкнуть и вытащить электроны, подав немного энергии (вернемся к этому через мгновение). Однако вместо того, чтобы сказать, что в куске металла на один электрон больше, чем протонов, мы говорим, что объект имеет$-1.6\,10^{-19}$Кулоны заряда. Точно так же, если у нас на один электрон меньше, объект имеет$+1.6\,10^{-19}$заряда.

Почему мы заботимся? Феноменологически это происходит потому, что электроны и протоны притягиваются друг к другу, а два электрона одного типа отталкиваются друг от друга. Мы можем говорить о лежащих в основе теориях, объясняющих почему, но эти теории пытаются объяснить физическое явление, которое мы наблюдаем, если проносим свободный электрон рядом со свободным протоном.

Итак, если у нас есть избыток электронов в одном объекте и недостаток в другом, избыток электронов в первом притягивает избыток протонов в другом, и объекты будут стягиваться (например, пластины конденсатора притягиваются друг к другу). Для объектов с двумя нейтральными зарядами объемные электроны в одном объекте по-прежнему притягиваются к протонам в другом, но они в равной степени отталкиваются объемными электронами в другом, и суммарная сила отсутствует. (Обратите внимание, что возможно создать некоторую силу между двумя нейтральными объектами, если электроны неравномерно распределены по объекту, потому что сила зависит от расстояния).

Надеюсь, это поможет с одной частью вашего вопроса. Вторая часть заключалась в том, как вы заряжаете объект. Поскольку каждый электрон в нейтральном объекте притягивается к протонам в этом объекте, если мы будем оттягивать электрон от объекта, он будет иметь силу, притягивающую его обратно к (теперь уже) заряженному объекту. Мы должны проделать некоторую работу и предоставить некоторую энергию, чтобы получить этот электрон. Есть много способов сделать это, но самый распространенный, пожалуй, аккумулятор. Батарея использует химические процессы для перетягивания электронов с положительной клеммы на отрицательную. Таким образом, положительная клемма заряжена положительно, а отрицательная — отрицательно. Другой способ — поразить объект светом достаточно высокой энергии, чтобы электрон оторвался от поверхности. Так работал эксперимент Милликена с каплей масла. Вытолкните электроны из капель масла и посмотрите, как движется капля, если ее поместить между двумя металлическими пластинами, где одна пластина имеет избыток электронов, а другая — недостаток электронов. Капля будет двигаться.

Чтобы быть более конкретным в определении заряда, заряд является внутренним свойством внутренней материи . Поскольку все мы знаем массу, которая считается фундаментальным свойством каждой частицы в этой вселенной, электрический заряд считается фундаментальным свойством частицы, используемой для электростатических целей. С точки зрения Франклина, он определил электрические заряды как который используется для электростатического взаимодействия. Всем известно, что статический заряд создает электрическое поле, а движущиеся заряды — токи. В общем, когда мы имеем дело с квантовой механикой, заряд рассматривается как число, а не думает о важности электрического заряда. спин рассматривается как свойство атома, которое трудно визуализировать в КМ.