Carica elettrica
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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.
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 × 10-19C, 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 liberi a circa 150 GeV, circa 1 × 1012K; 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] Voci correlate
- Campo elettrico
- Carica frazionaria
- Carica puntiforme
- Elettrizzazione
- Elettrostatica
- Legge di conservazione della carica elettrica
- Storia dell'elettricità
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