Carica elettrica
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
La carica elettrica è una proprietà fondamentale delle particelle elementari che determina le loro interazioni elettromagnetiche. Essa è una grandezza fisica scalare dotata di segno.
Nel sistema SI l'unità di carica è il Coulomb. La carica misurabile più piccola è quella trasportata dall'elettrone, e viene indicata con e = -1,602 10-19 C. Nella teoria dell'elettrodinamica quantistica, le particelle cariche interagiscono tramite emissione ed assorbimento di fotoni virtuali.
Indice |
[modifica] La quantizzazione della carica elettrica
La carica elettrica è una grandezza quantizzata, ossia essa esiste solo in forma di multipli di una quantità fondamentale. La carica di un protone è pari a e = 1,60206 · 10-19 C, quella dell'elettrone è uguale ma di segno opposto, ovvero -e. Poiché il numero di protoni è uguale a quello degli elettroni, ogni atomo risulta normalmente neutro.
La quantità di carica fondamentale verificabile negli elementi e composti è quella dell'elettrone, tutte le altre cariche sono multipli interi di +e e -e. Secondo il modello standard della fisica, in realtà le cariche fondamentali delle particelle sarebbero -1/3, + 2/3 e -1, rispettivamente dei quark d, u e dell'elettrone. Altri quark, di massa maggiore, hanno carica o -1/3 o +2/3, e sono considerati stati eccitati di u e d. Resta un mistero da sciogliere da cosa derivi la carica dei quark e dell'elettrone, e come interpretare il fatto che, essendo punti privi di dimensione, gli elettroni avrebbero un campo elettrico infinito al loro "interno".
Anche i quark trasportano una carica elettrica (frazionaria, però), tuttavia, data l'elevata intensità delle interazioni nucleari forti, osservare un quark libero richiede un'energia estremamente elevata, che tuttora è al di là della portata degli acceleratori di particelle. Si pensa sia possibile l'esistenza di un plasma di quark e gluoni (QGP) liberi a circa 150 GeV, circa 1 · 1012 K; i fisici cercano di ottenerlo facendo collidere tra loro nuclei pesanti, come l'oro, ad energie di circa 100 GeV per nucleone.
Oltre alla carica elettrica, si può definire anche una carica di colore, che introduce un ulteriore numero quantico, utilizzato per descrivere quark e gluoni, insieme al sapore, nella teoria della cromodinamica quantistica.
[modifica] Conservazione della carica elettrica
La carica elettrica è una grandezza fisica conservativa, cioè la carica elettrica totale di un sistema fisico isolato rimane costante. Questo è un assioma fisico, che si suppone legge fondamentale della natura, in quanto non è mai stato osservato il caso opposto. Un altro assunto è che la conservazione sia locale, ossia valga il teorema di Noether (v. anche legge di conservazione). Essa viene così espressa matematicamente: la variazione della densità spaziale di carica ρ entro un volume V è pari al flusso della corrente J attraverso la superficie S che limita il detto volume (ossia, all'integrale di superficie)
Inoltre, la carica elettrica totale di un sistema è un'invariante relativistico (ossia il suo valore non dipende dal sistema di riferimento).
[modifica] Notazione relativistica della conservazione della carica
L'equazione di continuità può essere scritta in maniera molto semplice e compatta utilizzando la notazione relativistica. Si definisce il quadrivettore densità di corrente J = (ρ, j;), la cui componente temporale ρ è la densità di carica e quella spaziale j è il vettore densità di corrente; in questo modo l'equazione di continuità diventa:
o anche
[modifica] La carica fondamentale: l'elettrone
L'elettrone è una particella subatomica che possiede: una carica elettrica negativa di qe = 1,6 · 10−19 C (carica elementare), una massa di circa 9,10 · 10−31 kg (0,511 MeV/c²). viene comunemente rappresentato dal simbolo e−; la sua antiparticella è il positrone che ha carica elettrica positiva.
Gli atomi consistono di un nucleo (formato da protoni e neutroni) circondato da elettroni. La massa dell'elettrone è circa 1/1836 di quella di neutroni e protoni.
L'elettrone appartiene alla classe delle particelle subatomiche dette leptoni, che si ritiene siano componenti fondamentali della materia (ovvero non possono essere scomposte in particelle più piccole). L'elettrone ha spin semi-intero pari a 1/2, il che implica che è un fermione, ovvero, rispetta la statistica di Fermi-Dirac e il principio di esclusione di Pauli, non è quindi possibile avere più elettroni identici nello stesso stato.
[modifica] Voci correlate
- Campo elettrico
- Carica frazionaria
- Carica puntiforme
- Elettrizzazione
- Elettrostatica
- Legge di conservazione della carica elettrica
- Storia dell'elettricità
| Numeri quantici |
|---|
| Numero quantico principale | Numero quantico azimutale | Numero quantico magnetico | Numero quantico di spin | Momento angolare totale |
| Spin | Isospin | Numero barionico | Numero leptonico | Carica elettrica | Carica di colore |
| Chimica-Fisica |
| Progetto Chimica | Progetto Fisica Portale:Chimica | Portale Fisica | Glossario Chimico | Glossario Fisico | Calendario degli eventi: Fisica, Chimica |
