En física, ¿un signo menos en una carga eléctrica significa que va contra un campo eléctrico o significa que la carga está por debajo de cero?

Ninguno. El universo contiene (por razones que no entendemos completamente) dos tipos opuestos de carga eléctrica. Los cargos de tipo opuesto se atraen entre sí, y los cargos de tipo similar se repelen entre sí. También es el caso de que cualquier proceso físico que cree o destruya la carga debe crear o destruir cantidades iguales de estos dos tipos. Este último principio se llama “conservación de la carga eléctrica”.

Los dos tipos de carga tienen efectos exactamente opuestos, porque lo que uno atrae al otro repele y viceversa. Calificamos arbitrariamente uno de ellos como “positivo” y el otro como “negativo”, no porque uno de ellos sea “menor que cero”, sino porque nos permite escribir una ecuación matemática que describe cómo un sistema de cargas afecta al resto de el universo simplemente sumando las ecuaciones separadas que describen el efecto de cada carga individual. Si el sistema contiene la misma cantidad de ambos tipos, debido a que tienen signos opuestos cuando se suman los efectos debido a las cargas “negativas”, cancelan los efectos debido a las cargas “positivas” y el efecto total será cero. Sumar las ecuaciones describe con precisión el efecto real del sistema de cargas, pero esto solo funciona si etiqueta los dos tipos de carga con signos opuestos .

Del mismo modo, podemos expresar matemáticamente fácilmente la regla de que los dos tipos de cargas siempre se crean y destruyen en cantidades iguales. Decimos que la suma de todos los cargos en cualquier sistema cerrado debe continuar sumando la misma cantidad sin importar los cambios físicos que ocurran en ese sistema. Cualquier proceso que cree o destruya carga no cambiará esta suma, porque la suma de cualquier carga positiva y negativa creada o destruida en cantidades iguales sumará cero. Nuevamente, llamar a una carga “positiva” y la otra “negativa” simplemente nos permite describir este efecto matemáticamente de una manera particularmente clara y simple.

La elección de qué tipo de cargo debería llamarse “positivo” y qué “negativo” era completamente arbitrario, y podría haberse hecho fácilmente a la inversa. Los dos tipos de carga son simplemente opuestos en sus efectos. No hay nada intrínseco a una “carga negativa” que la haga “menor que cero”, es solo una conveniencia matemática. Hace que las matemáticas funcionen bien si etiquetamos uno de los dos tipos de carga de esa manera.

El signo menos en algunas cargas eléctricas tiene dos propósitos. Una es diferenciar entre dos categorías de cargas eléctricas. No importa a nuestras teorías físicas cuál decimos que es positiva y cuál negativa. Incluso podríamos llamar a una “derecha” y a la otra “izquierda”.

El segundo propósito es indicar que si una unidad de una categoría de carga eléctrica se acerca mucho a una unidad de la otra categoría, como en los átomos de hidrógeno, los efectos individuales parecerán cancelarse a distancia. Ninguna carga está por debajo de cero o por encima de cero. Los signos + y – son para conveniencia matemática. Simplemente hace que las matemáticas sean relativamente simples si podemos decir (-1) + (+1) = 0 cuando un electrón y un protón están muy juntos. Los dos no desaparecen. Simplemente actúan como si formaran un objeto sin carga, el átomo de hidrógeno.

Históricamente, se pensó primero que la electricidad era alguna forma de fluido. En experimentos con campos eléctricos estáticos, estaba claro que la carga se creaba al mover algo de un objeto a otro. Se presumió correctamente que las cargas observadas se debían a un exceso de “fluido eléctrico” en un objeto y una escasez de “fluido eléctrico” en el otro. “Carga” se utilizó en el sentido de llenado (como al cargar una pistola o un horno), por lo que una carga positiva significaba llena, mientras que una carga negativa significaba vaciada. Desafortunadamente, las chispas se mueven más rápido de lo que el ojo puede seguir, y en todos los demás efectos observables en ese momento, el comportamiento de los objetos con exceso y escasez era idéntico El crédito por decidir cuál fue el que se le atribuyó a Benjamin Franklin, quien adivinó mal.

Como sabemos ahora, las cargas estáticas negativas se deben a un exceso de electrones, y las cargas estáticas positivas se deben a una escasez de electrones. Es decepcionante que los científicos no puedan resolver eso antes, porque para cuando lo hicieron, la convención de Franklin de positivo y negativo estaba demasiado incrustada en nuestra terminología para corregirla. Entonces recuerde: los electrones fluyen de negativo a positivo, aunque eso no tiene sentido.

No, indica dirección opuesta (si consideramos que la magnitud es mayor que cero). Por lo general, el signo ‘-‘ indica dirección.