Haben Gegenstände aufgrund ihrer Ladung Energie?

Das Problem mit Ihrer Frage und der Grund, warum Sie so viele Kommentare haben, die um Klärung bitten, ist, dass Energie ein schlüpfriges Konzept ist. Generell interessieren uns Energieunterschiede. Wenn Sie also beispielsweise zwei geladene Teilchen betrachten, ist es einfach, die Energieänderung zu berechnen, wenn Sie sie zusammenbringen. Wenn Sie dagegen ein Universum mit nur einem Elektron darin haben, ist es überhaupt nicht klar, was Sie mit der Energie des Elektrons meinen. Einer der Kommentare bezog sich auf die Eigenenergie des Elektrons , aber klassischerweise ist diese unendlich. Selbst wenn Sie die Quantenmechanik betrachten, ist die Selbstenergie unendlich, bis Sie sie in einen Unterschied umwandeln.

Aber lassen Sie mich eine Betrachtungsweise vorschlagen, die Sie interessant finden könnten. Hinweis: Dies ist keine Antwort, da ich nicht sicher bin, ob Ihre Frage in der vorliegenden Form eine Antwort hat, aber es ist eine Perspektive.

Obwohl wir normalerweise Energieunterschiede berücksichtigen, betrachten wir die Masse als absolut. Schließlich kann ein Körper masselos sein oder eine endliche Ruhemasse haben, und das ist im Allgemeinen eindeutig. Aber wir wissen, dass Energie und Masse durch Einsteins berühmte Gleichung zusammenhängen$E = mc^2$, wenn also die Ladung eines Elektrons seine Energie erhöht, muss es auch seine Masse erhöhen. Masse gibt es in zwei Geschmacksrichtungen: Trägheitsmasse und Gravitationsmasse (Einstein sagt uns, dass dies dasselbe ist). Wir können mit der trägen Masse nicht viel anfangen, weil wir kein ungeladenes Elektron haben, um es mit einem geladenen Elektron zu vergleichen, aber wir können uns die schwere Masse ansehen.

Das Gravitationsfeld eines isolierten, kugelsymmetrischen, geladenen Objekts (wie eines Elektrons) wird durch die Reissner-Nordström-Metrik angegeben . Das ist etwas undurchsichtig für den Nicht-Nerd, aber stellen wir eine einfache Frage: Wie hängt die Fluchtgeschwindigkeit für den geladenen Körper von der Ladung ab?

Die Fluchtgeschwindigkeit ist gegeben durch :

Wo$M$ist die Masse des Objekts und$Q$ist seine Ladung. Dies sagt uns jedoch etwas ziemlich Seltsames. Wenn Sie die Ladung erhöhen, nimmt die Fluchtgeschwindigkeit ab, und tatsächlich, wenn Sie die Ladung genug erhöhen, fällt die Fluchtgeschwindigkeit auf Null. Ein geladener Körper hat also eine geringere Schwerkraft als ein ungeladener Körper gleicher Masse.

Nun macht es mit ziemlicher Sicherheit keinen Sinn, ein Elektron als ein Reissner-Nordström-Schwarzes Loch zu beschreiben . Abgesehen von allem anderen wäre ihr Ereignishorizont um viele Größenordnungen kleiner als die Planck-Länge, und Sie würden erwarten, dass eine bisher unbekannte Theorie der Quantengravitation die Allgemeine Relativitätstheorie ablöst und ihre Vorhersagen ändert. Trotzdem könnte man die obige Argumentation verwenden, um zu behaupten, dass ein geladenes Elektron tatsächlich eine niedrigere Energie hat als ein ungeladenes. Jetzt gibt es ein unerwartetes Ergebnis :-)

Mein Bauchgefühl sagt mir, dass Dinge wegen ihrer Ladung Energie haben sollten, so wie sie Energie wegen ihrer Masse haben.

Du bist nicht der Erste, der diese Idee hatte. Es gab tatsächlich ein Konzept namens "elektromagnetische Masse", bei dem die elektrostatische Energie$E_{em}$eines ruhenden geladenen Teilchens wäre

(Wo$e$ist die Ladung und$r$der Radius des Teilchens)

und weil Energie und Masse gleich der elektrostatischen Masse sind$M_{em}$sollte sein

Um aus Wikipedia zu zitieren :

Wilhelm Wien und Max Abraham kamen zu dem Schluss, dass die Gesamtmasse der Körper mit ihrer elektromagnetischen Masse identisch ist.

Natürlich würden auch die schwache und starke Kraft sowie der Elektromagnetismus beitragen.

Ich weiß nicht, ob das deine Frage beantwortet, aber hier geht es ...

Elektrische Ladungen haben eine elektrostatische potentielle Energie, die die Menge an Arbeit ist, die beim Bewegen einer Ladung in einem elektrischen Feld gegen Anziehungs- oder Abstoßungskräfte verrichtet wird. Wenn dieses elektrische Feld von einer Einheitsladung erzeugt wird, dann heißt es$\text{voltage}$.

Beim Bewegen lädt sich die Konstante auf$\frac{1}{4\pi \epsilon}$bestimmt den Arbeitsaufwand für die Zusammenstellung der Ladungen. Für eine isolierte Ladung können Sie die potentielle Energie nicht bestimmen, es sei denn, Sie bringen eine Testladung ins Feld.

Energie kann nicht aus stationären Ladungen gewonnen werden und es gibt keine Ruheenergie für ein masseloses, aber geladenes Teilchen. Denken Sie daran, dass Energie unabhängig von ihrer Bewegung aus Masse gewonnen werden kann ($E = mc^2$). Dasselbe gilt für Impuls, kinetische Energie usw. Diese hängen nur von der Masse ab und nicht von Ladung, Magnetismus usw.