전하[電荷, electric charge]

전하[電荷, electric charge]

전류 내를 흐르거나 서로 다른 절연체 2개를 과격하게 서로 문지를 때 표면에 축적이 되는 전기의 양.

물질의 기본적인 성질인 전하는 불연속적인 자연의 단위로 발생하며 생성과 소멸이 되지 않는다. 전하에는 양성과 음성의 2가지 일반적인 형태가 있다. 두 물체에서 동일한 형태의 전하를 여분으로 가지게 되면 이 두 물체는 서로 반발하는 힘을 가지게 된다. 하나는 양성, 다른 하나는 음성으로 서로 반대되는 전하를 여분으로 가지게 되면 이들 물체는 서로 끌어당기게 된다(→ 쿨롱힘).


물질의 기본 입자나 원자 구성입자 중 다수가 전하를 띠고 있다. 예를 들어 전자는 음전하를 띠고 있으며, 양성자는 양전하를 띠고 있는데 중성자는 0의 전하를 띠고 있다. 모든 전자의 전하량은 동일하다는 것이 실험적으로 입증되었는데 이는 각 양성자의 전하량과도 같은 양이다. 따라서 전하는 기본 물리상수인 전자나 양성자의 전하량과 같은 자연의 단위로 존재한다. 전하의 자연 단위로써 전자의 전하량을 측정하는 직접적이면서 간편한 방법은 밀리컨의 기름방울실험에서 최초로 구현되었다. 물질의 원자는 원자핵이 동일한 수의 양성자와 핵 주위에 동일한 수의 전자를 가지고 있기 때문에 전기적으로 중성이다. 전류나 전하를 띠고 있는 물체는 중성원자로부터 일부의 음전하가 분리되는 것이다. 금속 전선에 흐르는 전류는 각 원자에 다른 전자에 비해서 약하게 구속이 되어 있는 1개나 2개의 전자들의 흐름으로 이루어져 있다. 유리 막대를 비단천으로 문지르면 유리 막대의 표면에 있는 원자의 일부는 전자를 잃어버려서 양전하를 띠게 되고, 유리 막대의 표면에는 원자핵의 중성화되지 못한 일부 양성자에 의해서 알짜 양전하가 남게 된다. 음전하를 띠는 물체는 표면에 과잉 전자를 가지고 있다. 전하는 보존이 되며, 고립되어 있는 모든 계에서 모든 화학반응과 핵반응에서의 전하의 양은 일정하다. 기본 전하의 대수적인 합계는 일정하게 유지된다(→ 전하보존).


SI 단위계에서 전하의 단위는 C(쿨롬)인데 이는 1A(암페어)의 전류가 흐르는 도체의 단면을 1초 동안에 통과하는 전하의 총량과 동일한 양이다. 1C은 전자나 양성자 등과 같은 자연단위의 전하 6.24×1018개로 이루어진다. 전자 1개는 1.60217733×10-19C의 음전하를 띠고 있다. cgs 단위계에는 정전기적 전하단위 esu, 즉 스탯쿨롬(statcoulomb)과 전기자기적 전하단위 emu, 즉 아브쿨롬(abcoulomb)의 2가지 전하단위가 있다. 전하 1C은 30억esu 또는 1/10emu와 동일한 값이다. 전하의 전기화학적인 단위인 F(패러데이)는 금속 도 금과 같은 전기화학적 반응을 기술하는 데 매우 유용하다. 1F는 전자 1mol(몰：아보가드로 수, 즉 6.0221367×1023개)의 전하와 동일하다.