Carica elettrica

Con il termine carica elettrica si suole indicare una grandezza fisica scalare, convenzionalmente definita positiva o negativa, che può essere posseduta da un corpo.

Ogni corpo macroscopico possiede un gran numero di cariche positive e negative che in genere si compensano vicendevolmente lasciandolo neutro.

Ogni corpo � infatti formato da atomi, costituiti da un nucleo, in cui si trovano i protoni (particelle con carica positiva), e da una nuvola di elettroni (carichi negativamente) ruotanti intorno al nucleo.

La carica di un protone � e = 1,60206 10^-19 C, quella dell'elettrone � uguale ma di segno opposto ovvero -e.
Poich� il numero di protoni � uguale a quello degli elettroni, ogni atomo risulta normalmente neutro.

Quando si parla di carica elettrica di un corpo, si intende quindi la carica residua non compensata:

in un corpo carico positivamente si hanno atomi con difetto di elettroni
in un corpo carico negativamente si hanno atomi con eccesso di elettroni.

La quantità di carica fondamentale verificabile negli elementi e composti � 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 intepretare il fatto che, essendo punti privi di dimensione, gli elettroni avrebbero un campo elettrico infinito al loro "interno".

Nel sistema SI l'unità di carica elettrica � il Coulomb.
Nel sistema M.K.S.A � definito come la carica che, passando in un voltmetro a nitrato di argento, separa 0,0011180 g di argento metallico.

Nella teoria dell'elettrodinamica quantistica, le particelle cariche interagiscono tramite emissione ed assorbimento di fotoni virtuali. In elettrotecnica, la carica elettrica viene immagazzinata nei condensatori.

Uno dei primi strumenti utilizzati per rilevare una carica elettrica � l'elettroscopio, inventato da John Canton nel 1752. Esso permette solo di rilevare se un corpo � carico o meno, mentre l'elettrometro fornisce una misura della carica. Tale strumento � stato inventato da Volta nel 1784.

Anche i quark trasportano una carica (frazionaria, però), tuttavia, data l'elevata intensità delle interazioni nucleari forti, osservare un quark libero richiede un'energia estremamente elevata, che tuttora � 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 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.

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