La Charge Élémentaire en Électricité
La charge élémentaire, généralement désignée par e, est la charge électrique portée par un seul proton ou, de manière équivalente, l’ampleur de la charge électrique négative portée par un seul électron, qui a une charge de −1e. Cette charge élémentaire est une constante physique fondamentale. e = 1.602176487 × 10-19C. Un coulomb représente l’opposé de la charge totale d’environ 6 × 1018 électrons.
À Propos de la Charge Électrique
Une charge électrique est une quantité physique et une propriété de la matière qui la fait expérimenter une force lorsqu’elle est placée dans un champ électromagnétique. Il existe deux types de charges électriques : positive, transmise par les protons, et négative, transmise par les électrons. Si la charge totale est nulle, on dit qu’elle est neutre. Les mêmes charges se repoussent et les charges opposées s’attirent. Ces faits sont connus comme la Première Loi de l’Électrostatique et sont parfois désignés comme la loi des charges électriques.
La Charge Élémentaire
L’unité de charge la plus fondamentale est la magnitude de la charge d’un électron ou d’un proton, qui est désignée par e. La valeur la plus précise disponible est : e = 1.602176487 × 10-19C. Nous rencontrons rarement des charges aussi grandes qu’un coulomb. Les charges produites en frottant des objets ordinaires (comme un peigne ou une règle en plastique) sont typiquement autour d’un microcoulomb (μC = 10-6 C) ou moins.
Le proton a une charge de +e et l’électron de –e. La charge est quantifiée ; elle se présente en multiples entiers de petites unités individuelles appelées la charge élémentaire, e, qui est la plus petite charge pouvant exister librement (les particules appelées quarks ont des charges plus petites, des multiples de ⅓e, mais elles ne se trouvent qu’en combinaison et se combinent toujours pour former des particules avec une charge entière).
Le proton a une composition de quarks uud, et donc son nombre quantique de charge est : q(uud) = 2/3 + 2/3 + (-1/3) = +1e. Le neutron a une composition de quarks udd, et son nombre quantique de charge est donc : q(udd) = 2/3 + (-1/3) + (-1/3) = 0. Puisque le neutron n’a pas de charge électrique nette, il n’est pas affecté par les forces électriques, mais le neutron a une légère distribution de charge électrique en son sein, causée par sa structure interne de quarks. Cela entraîne un moment magnétique non nul (moment dipolaire) du neutron. Par conséquent, le neutron interagit également via l’interaction électromagnétique, mais beaucoup plus faiblement que le proton.
Charge Électrique des Antiparticules
Théoriquement, une particule et son anti-particule (par exemple, un proton et un antiproton) ont la même masse, mais des charges électriques opposées et d’autres différences dans les nombres quantiques. Par exemple, pour chaque quark, il existe un type correspondant d’antiparticule. Les antiquarks ont la même masse, durée de vie moyenne et spin que leurs quarks respectifs, mais la charge électrique et d’autres charges ont le signe opposé. Cela signifie qu’un proton a une charge positive tandis qu’un antiproton a une charge négative et donc ils s’attirent mutuellement. L’antiparticule de l’électron est appelée le positron ; il est identique à l’électron sauf qu’il porte des charges électriques et autres de signe opposé. Lorsqu’un électron entre en collision avec un positron, les deux particules peuvent être totalement annihilées, produisant des photons de rayons gamma.
