¿Por qué se toma la carga de un electrón como negativa de la carga de un protón y viceversa?
Supongamos que todo lo que sabemos hasta ahora es que existen dos tipos de cargas. Uno de ellos está poseído por una partícula elemental llamada electrón y el otro por otra partícula elemental llamada protón . También sabemos que el efecto de un protón sobre otro protón es el mismo que el de un electrón sobre otro electrón en términos de la fuerza de repulsión y un electrón y un protón también tienen un efecto similar entre sí que el hecho de que se atraen. unos a otros, y no repeler.
Ahora, digamos que la carga de un electrón es $1 \text{ e}$. ¿Por qué tomamos la carga de un protón como$-1 \text{ e}$¿Basándose únicamente en la información de que tienen efectos similares pero opuestos? Ahora, si definimos la carga de un protón como$-1 \text{ e}$, la carga neta de un cuerpo con $n_1$ electrones y $n_2$ los protones se vuelven $n_1e+n_2(-e) = (n_1-n_2)e$. ¿Cómo sabemos que los resultados obtenidos de estas operaciones matemáticas serán los efectos reales?
No sé si pude expresar mi pregunta correctamente. Me resulta difícil expresar lo que tengo en mente. Por favor, avíseme si no está claro, haré todo lo posible para mejorarlo.
¡Gracias!
Respuestas
Creo que tu pregunta no está clara, así que avísame si he entendido mal lo que estabas preguntando.
Si su pregunta es cómo sabemos que el electrón y el protón tienen la misma magnitud pero signos opuestos, es simple (al menos en teoría): cree un átomo de hidrógeno. Tiene un protón y un electrón, y es neutral en general, lo que significa que tiene una carga neta de cero. Dado que las cargas simplemente se suman, el protón y el electrón deben tener cargas opuestas.
Por otro lado, si su pregunta es acerca de por qué uno de ellos se "llama" negativo y el otro positivo, lo remito al excelente texto de EM Purcell. Del Capítulo 1.1 ( Carga eléctrica ):
Lo que llamamos carga negativa, por cierto, bien podría haber sido llamado positivo. El nombre fue un accidente histórico. No hay nada esencialmente negativo en la carga de un electrón. No es como un número entero negativo. Un entero negativo, una vez definida la multiplicación, se diferencia esencialmente de un entero positivo en que su cuadrado es un entero de signo opuesto. Pero el producto de dos cargas no es una carga; no hay comparación.
En cuanto a tu pregunta
¿Cómo sabemos que los resultados obtenidos de estas operaciones matemáticas serán los efectos reales?
Creo que lo tienes al revés. Los efectos se descubrieron primero experimentalmente y luego se definieron las operaciones matemáticas. En otras palabras, dos cargas de carga$+q$ cada uno se encontró experimentalmente para tener el mismo efecto que una carga de $+2q$, una combinación de cargos $+q$ y $-q$ se encontró que tiene el efecto neto de $0$ cargar, y así sucesivamente.
En realidad, es al revés. Las observaciones conducen a formular las matemáticas de esta manera particular. Como debería ser en ciencia. A continuación se presenta una breve historia de la misma.
El mundo que nos rodea en general es neutral. Fue solo cuando se descubrió la electricidad, tuvimos que idear el concepto de cargas. Una cosa a tener en cuenta es que el concepto de carga (y corriente) es anterior al descubrimiento del electrón.
La gente a finales del siglo XVIII descubrió que en algunos escenarios había atracción entre cargas y en otros repelían. Entonces plantearon la hipótesis de que había dos tipos de cargos. Entonces surgió la pregunta de por qué la mayoría de los materiales no están cargados. ¿Existen realmente tres tipos de cargos?
Luego observaron que cargas diferentes se atraían entre sí hasta un punto después del cual no había más carga. Entonces se dieron cuenta de que los cargos diferentes efectivamente se cancelan entre sí. Y esto explica por qué la mayoría de los materiales eran neutrales. Como extensión natural, un tipo se midió con números positivos y el otro con números negativos, ya que cantidades iguales de ambos resultaron sin cargo.
Y sobre esta base, se descubrió la ley de Coulomb y un siglo después la ecuación de Maxwell.
En 1897 se descubrió el electrón y su carga se midió en 1909. El protón se descubrió en 1896 como un ion hidrógeno. Como se sabía que el átomo de hidrógeno está formado por un electrón y un protón y que era neutro, se descubrió que tienen cargas iguales y opuestas.
Más tarde, en 1917, se confirmó que el protón era de hecho la fuente de carga positiva en todos los demás elementos.