전하

전하에는 양전하와 음전하 두 종류가 있다. 같은 부호끼리는 밀어내고 서로 다른 부호끼리는 끌어당긴다. 마찰로 풍선을 머리카락에 문지르면 전자가 한 물질에서 다른 물질로 옮겨가고, 두 물체는 서로 다른 순전하를 띨 수 있다.^[2]

원자에서 양성자는 양전하를, 전자는 음전하를 가진다. 두 입자의 수가 같으면 양전하와 음전하가 상쇄되어 원자는 전체적으로 전기적 중성을 띤다. 전자를 더 얻으면 음전하가 남고, 전자를 잃으면 양전하가 남는다.^[2]

NIST가 제시하는 기본 전하량 e는 정확히 1.602176634 × 10⁻¹⁹ 쿨롬(C)이다.^[1] 여기서 e는 크기를 나타내는 양수다. 전자 한 개의 전하는 −e, 즉 −1.602176634 × 10⁻¹⁹ C이고, 양성자 한 개의 전하는 +e다.^[1][2]

1쿨롬은 전자 한 개의 전하량보다 약 6.24×10¹⁸배 큰 단위다. 이 비교는 전하량이 입자 하나에서 회로의 양까지 넓은 범위에서 쓰이는 물리량임을 보여 준다.^[1]

전하는 일상적인 전기 현상에서 새로 생기거나 사라지기보다 물체 사이에서 옮겨가거나 재배치된다. 물체 안팎의 전자가 이동하면서 전하 분포가 달라지고 주변의 전기장도 바뀐다. 두 물체를 문질렀을 때 한쪽이 전자를 얻으면 다른 쪽은 그만큼 전자를 잃을 수 있다. 고립된 계에서 전체 전하량은 보존된다.^[2]

이 원리는 풍선과 머리카락의 정전기에도 적용된다. 풍선이 머리카락의 전자를 일부 받아 음전하를 띠면, 머리카락에는 전자가 부족해져 양전하가 남는다.^[2]

전류는 전하가 흐르는 양을 시간으로 나눈 값이다. 회로에서 전하가 이동하면 전류가 생기지만, 전하가 움직이는 현상 전체를 “전기”라고 부르는 것은 정확하지 않다. 정전기처럼 전하가 한곳에 머물러도 전기적 힘과 전기장은 나타난다.^[3]

금속 전선에서는 보통 음전하를 띤 전자가 움직여 전류를 운반한다. 그러나 관습적 전류의 방향은 양전하가 움직인다고 가정했을 때의 방향으로 정해져 있다. 그래서 금속 전선 속 전자의 실제 이동 방향은 관습적 전류 방향과 반대다. 소금물처럼 이온이 있는 용액에서는 양이온과 음이온이 모두 움직여 전류에 기여할 수 있다.^[3]

전하의 부호는 전기력이 어느 방향으로 작용할지 알려 주고, 전하량은 그 상호작용의 크기를 계산하는 데 쓰인다. 같은 전하끼리 밀어내고 반대 전하끼리 끌어당기는 규칙은 정전기뿐 아니라 원자와 분자, 전기 회로의 동작을 설명하는 바탕이 된다.^[2]

전하의 양과 분포가 바뀌면 전기장과 전기력도 달라진다. 전하 보존은 물체 사이에서 전하가 옮겨가는 과정을 추적하게 하고, 전류는 그 이동을 시간에 따라 나타낸다. 전하·전기장·전류는 서로 연결되지만 같은 개념은 아니다.^[2][3]

• 전기장
• 전자기력
• 전기
• 전자
• 양성자
• 전하량