전하

Electric charge

물질이 가지고 있는 고유한 전기적 성질.

전하를 갖는 물질은 전자기장 내에서 힘을 받는다. 또한 전하를 갖는 모든 물질은 어떤 형태의 전자기장을 형성한다.

위의 글이 잘 이해가 안될 수 있다. 질량의 경우 똑같은 물질의 고유한 성질임에도 우리가 일상적으로 무게를 느끼면서 생활하므로 이해하기 쉽지만 전하는 조금 어렵게 느껴진다. 질량이 큰 두 물체, 가령 지구와 달의 경우 질량에 의해 서로 끌어당기는 힘을 만드는 것처럼 전하를 갖는 두 물체도 서로 힘을 가한다. 다만 끌어당기는 힘만 존재하는 중력과는 달리 전자기력은 밀어내는 힘도 존재한다.

전하의 단위는 $\textrm{C}$(쿨롬[1])이며 $\textrm{Ah}$(암페어시)나 기본 전하 $e$[2]도 단위로 쓰인다.

원자는 양성자, 중성자 그리고 전자로 이루어져있다. 양성자와 전자는 각각 양전하와 음전하를 갖는데 이때 하나의 양성자나 전자가 갖는 전하량을 기본전하라고 한다. 양전하는 $+e$의 전하를 가지고 음전하는 $-e$의 전하량을 갖는다. 전하의 부호가 다른 물질은 서로 끌어당긴다. 따라서 양성자와 전자는 서로 끌어당긴다는 것을 알 수 있다. $e$는 쿨롱으로 나타내면 약 $1.602 \times 10^{-19}\,\textrm{C}$이므로 1C은 약 $6.25 \times 10^{18}$개의 양성자가 모였을 때 갖는 전하량임을 알 수 있다. 당연히 전자가 이 개수만큼 모이면 전체 전하량은 -1C이다. 전하를 갖는 두 물체 간의 힘은 쿨롱 법칙으로 구한다.

물질의 전하는 거의 언제나 기본 전하 $e$의 정수배의 값만 가지고 있다. 예외적으로 쿼크는 $(+2/3) e$와 같은 분수 형태의 전하를 띤다. 하지만 쿼크는 낱개가 독립적으로 존재할 수 없고 언제나 다른 쿼크와 속박되어 있으며 분수전하량의 분리할 수 있는 입자는 지금까지 관찰되지 않았다.

고립계에서는 전하량 보존법칙이 성립한다. 즉 전체 전하량이 많아지거나 줄어들지 않는다. 이는 맥스웰 방정식으로 유도할 수도 있다.