Carica protone

La carica del protone, ossia la carica elettrica di un singolo protone, è uguale a circa +1,602×10^-19 coulomb (C) e si indica con una delle seguenti notazioni: e⁺, +e oppure +q_e.

Più precisamente il valore esatto della carica del protone in coulomb è stato fissato a maggio del 2019, ed è il seguente:

Carica protone, carica elettrone e carica elementare

Per cogliere la differenza tra le cariche di protone ed elettrone, e per capire qual è la loro relazione con la carica elementare, è necessaria una piccola premessa.

L'atomo è composto da tre particelle subatomiche: i protoni, i neutroni e gli elettroni. Protoni e neutroni formano il nucleo dell'atomo, mentre gli elettroni ruotano attorno a esso.

I neutroni hanno carica elettrica nulla, mentre protoni ed elettroni hanno carica elettrica opposta. A tal proposito si è convenuto di assegnare ai protoni un valore di carica positivo e agli elettroni un valore di carica negativo.

Tra elettroni e protoni i primi a essere scoperti e studiati furono gli elettroni. In particolare in un esperimento condotto nel 1909, e passato alla storia come esperimento di Millikan, venne calcolato il valore della carica dell'elettrone e si dimostrò che la carica elettrica è quantizzata, ossia che qualunque carica elettrica libera in natura è sempre un multiplo (negativo o positivo) della carica dell'elettrone.

Come conseguenza di ciò, prima della scoperta dei protoni (attribuita a Rutheford, 1919) con il termine elettrone si intendeva l'unità di carica elementare, e non l'elettrone come lo intendiamo oggi.

Da allora però le cose sono cambiate. Senza scendere troppo nel dettaglio, con l'avanzamento della Fisica e in seguito ad altre scoperte, la comunità scientifica internazionale ha convenuto di dare le seguenti definizioni:

• la carica elementare è il quanto di carica elettrica libera, ossia la quantità indivisibile di una carica elettrica presente in natura. Si indica con i simboli e oppure q_e: il suo valore è il modulo del valore della carica dell'elettrone determinato sperimentalmente da Millikan, e da maggio del 2019 è convenzionalmente fissato a 1,602176634×10^-19 C

• la carica dell'elettrone (simbolo e^-, -e o ancora -q_e) è la carica elettrica di un singolo elettrone, il cui valore è uguale a -1·e

• la carica del protone (simbolo e⁺, +e o ancora +q_e) è la carica elettrica di un singolo protone, il cui valore è pari a +1·e

In definitiva il valore della carica elettrica del protone è uguale a quello della carica elettrica dell'elettrone, ma con segno opposto. Nel contempo è interessante notare che la massa del protone è circa 1836 volte la massa dell'elettrone.

Carica protone nel sistema CGS

L'unità di misura utilizzata dal sistema CGS per le misure di carica elettrica è l'esu (unità di carica elettrostatica), detta anche statcoulomb (StatC) o franklin (Fr).

Il legame tra coulomb ed esu è dato dalla seguente relazione

di conseguenza per calcolare il valore della carica del protone in esu basta dividere il valore della carica espresso in coulomb per il fattore di conversione 3,33564×10^-10

Risulta quindi che il valore della carica del protone in unità di carica elettrostatica è di circa +4,8032×10^-10 esu

Approfondimento sul calcolo della carica del protone

Alcuni esperimenti condotti nel 1968 hanno mostrato che il protone non è una particella elementare ma che, a sua volta, è composto da oggetti puntiformi detti quark up e quark down:

- il quark up ha carica elettrica pari a

- il quark down ha carica elettrica data da

dove il simbolo denota la carica elementare.

Il protone è formato da due quark up e da un quark down, dunque possiamo calcolare la sua carica sommando la carica elettrica di due quark up e la carica elettrica di un quark down

e dunque

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Con questo è davvero tutto! Concludiamo segnalandoti la pagina sulle costanti fisiche, tra cui è presente anche la carica del protone.