האינטראקציה האלקטרומגנטית הפשוטה ביותר מנוסחת על ידי חוק קולון, לפיו שני גופים טעונים חשמלית ידחו זה את זה אם סימני המטען שווים, וימשכו זה את זה אם סימני המטען הפוכים. הכוח האלקטרומגנטי הוא אחד מארבעת הכוחות היסודיים של הטבע, והוא אחראי גם לכוח המגנטי הנוצר על ידי זרם חשמלי, וכן לרוב תופעות הטבע המופיעות בחיי היום-יום. מקובל לייחס למטענים שדה אלקטרומגנטי הנוצר על ידם, המתאר את הכוחות שהם מפעילים על מטענים אחרים במרחב.
המטען החשמלי הוא אחד המספרים הקוונטיים המאפיינים חלקיקים אלמנטריים. מבין החלקיקים הנפוצים בטבע, הנייטרון הוא נייטרלי מבחינה חשמלית, כלומר הוא אינו נושא מטען חשמלי (או: מטענו החשמלי הוא 0), ואילו האלקטרון והפרוטון נושאים מטען בגודל זהה זה לזה אך בסימנים הפוכים. סימנו של מטען האלקטרון מוגדר כשלילי, ולפיכך מטען הפרוטון מסומן כחיובי. גודל מטען האלקטרון והפרוטון מסומן באמצעות האות formula_1, ומכונה "מטען אלמנטרי". הפרוטון (ושאר ההאדרונים) מורכבים מקווארקים שלהם מטען של או . מלבד החלקיקים שהוזכרו, ישנם חלקיקים טעונים נוספים, כמו האנטי חלקיקים של חלקיקים אלו שהם בעלי מטענים מנוגדים להם.
מידת המטען של מערכת המורכבת מחלקיקים רבים היא סכום המטענים של כל החלקיקים. לפיכך, באופן פורמלי המטען של כל מערכת הוא כפולה של המטען האלמנטרי formula_2, כפי שתואר והודגם לראשונה על ידי רוברט מיליקן בניסוי טיפת השמן שלו. אולם כיוון שלרוב המידות הנמדדות הן מסדרי גודל עצומים לעומת המטען האלמנטרי, ניתן להתייחס באופן אפקטיבי למטען החשמלי כאל גודל רציף.
בדרך-כלל מסומן המטען החשמלי האגור במערכת כלשהי באות formula_3. יחידת המדידה של המטען החשמלי במערכת היחידות הבינלאומית (מערכת SI) היא קולון, אשר מייצגת בערך 6.24ּ1018 פעמים המטען האלמנטרי formula_2. הקולון מוגדר ככמות המטען העוברת דרך חתך כלשהו במוליך במשך שנייה אחת, כאשר עוצמת הזרם היא אמפר אחד. ניתן למדוד מטען חשמלי באופן ישיר באמצעות אלקטרומטר.
היסטוריה.
המטען החשמלי התגלה בידי היוונים הקדמונים אשר גילו כי שפשוף פרווה על משטחים שונים, כמו ענבר למשל, יוצר חוסר איזון של מטען חשמלי. הם גילו גם שענבר טעון משך אליו עצמים קלים כמו שיער. היוונים שמו לב שאם הם שפשפו את הענבר לאורך זמן, הם אפילו הצליחו להוציא ניצוץ ממנו. המילה אלקטרון נובעת מהמילה היוונית "ηλεκτρον" שפירושה - ענבר, המילה חשמל לקוחה מספר יחזקאל, שם היא מופיעה בהקשר אחר לגמרי ותרגום השבעים מתרגם אותה למילה "אלקטרון".
במאה ה-18, חקר החשמל תפס תאוצה. אחד מהחוקרים החשובים בתחום היה בנג'מין פרנקלין, אשר סבר כי החשמל הוא סוג של נוזל אשר נמצא בכל החומרים הקיימים. הוא הניח ששפשוף משטחים מבדדים זה בזה גרם לנוזל זה לשנות מקום, ושזרם הנוזל הזה הוא שיוצר את הזרם החשמלי. הוא גם הניח שכאשר חומר מכיל מעט מדי מה"נוזל" הזה הוא היה טעון "שלילית", וכאשר היה לו עודף, הוא היה טעון "חיובית". הוא קבע שרירותית (או מסיבה שלא ידועה) שהמטען המתקבל על ידי שפשוף מקל זכוכית עם משי הוא מטען "חיובי" ואילו מטען המתקבל משפשוף מקל ענבר עם פרווה הוא מטען "שלילי".
כיום ידוע כי הדגם של פרנקלין היה קרוב למציאות, אך פשוט מדי. האטומים מורכבים למעשה משני סוגים של חלקיקים טעונים: הפרוטונים - בעל מטען חיובי, והאלקטרונים - בעלי מטען שלילי. זרם חשמלי במוליך (לשם הפשטה - חד ממדי) נוצר אך ורק כתוצאה מאלקטרונים הנעים בכיוון מסוים (ואז יימדד בכיוון זה זרם שלילי, או זרם חיובי בכיוון ההפוך). הפרוטונים, המצויים בגרעין האטום, אינם נעים כדי ליצור "זרם חיובי". במודלים מתקדמים של מצב מוצק, כמו למשל במוליכים למחצה, מניחים את קיומם של "חורים", המייצגים חוסר באלקטרון (באופן דומה לבועות המייצגות חוסר בנוזל) בנוסף לאלקטרונים, ולהם מיוחס מטען חשמלי חיובי (הפוך למטען האלקטרון), היוצר זרם חשמלי חיובי בכיוון התקדמותו. ניתן להסתכל על המוליך החשמלי כעל מבחנה מלאה בנוזל (המייצג אלקטרונים) המעלה בועות: בועות העולות מעלה מייצגות למעשה נוזל המתקדם מטה, והתנועה אנלוגית למעשה לגרעיני אטום ה"מושכים" אלקטרונים משכניהם, וכך נוצר הזרם החיובי בכיוון ההפוך.
כדי להפחית את מורכבות המודל, עובדי חשמל עדיין משתמשים בהנחות של פרנקלין ומתייחסים לזרם חשמלי (ידוע כ"זרם שגרתי") כזרם של חלקיקים חיוביים בלבד. הזרם השגרתי מפשט את המושגים ומקל על החישובים, אולם הוא מתעלם מכך שיש כמה סוגים של מוליכים (אלקטרוליטים, מוליכים למחצה ופלזמה), וכן מהעובדה שזרם יכול לנוע בכיוונים מנוגדים של חלקיקים שונים. כיוון הזרימה של הזרם השגרתי משווה במהופך אל תנועת האלקטרון המעשית אשר מתרחשת בזרמים חשמליים במתכות, המוליך הטבעי של חשמל, דבר אשר מהווה מקור לבלבול למתחילים באלקטרוניקה.
תכונות.
פרט לתכונות הקשורות לאלקטרומגנטיות, המטען החשמלי הוא אינווריאנטי בתורת היחסות. כלומר מטענו של חלקיק לא משתנה בלי שום קשר למהירות בה הוא נע. תכונה זו הוכחה במספר ניסויים. לדוגמה, נמצא שמטענו של גרעין הליום (שני פרוטונים ושני נייטרונים המחוברים יחדיו) אשר נע במהירות עצומה, שווה למטענם של שני גרעיני דאוטריום (איזוטופ של מימן המכיל פרוטון ונייטרון) אשר נעים במהירויות נמוכות משמעותית ממהירות האור.
מטען יסודי.
מטען יסודי או מטען אלמנטרי (מסומן כ-e) הוא המטען החשמלי שנושא פרוטון יחיד, או הערך הנגדי של המטען שנושא אלקטרון יחיד.
זהו קבוע פיזיקלי יסודי ויחידה למטען חשמלי במערכת של יחידות אטומיות.
ערכו הוא: formula_5 קולון או formula_6 ביחידות cgs.
מאז שנמדד לראשונה על ידי רוברט מיליקן בניסוי המפורסם שלו בשנת 1909, המטען היסודי נחשב לבלתי ניתן לחלוקה. כאמור, הקווארקים, אשר קיומם הונח בשנות ה-60 של המאה ה-20, נחשבים לחלקיקים שמטענם הוא שליש או שני שלישים מהמטען היסודי, אולם הם נצפו רק בחלקיקים עם מטען ביחידות שלמות של המטען היסודי ומעולם לא התגלו באופן חופשי.
שימור מטען.
המטען החשמלי הכולל של מערכת מבודדת נותר קבוע, ללא תלות בשינויים המתרחשים בתוך המערכת. חוק שימור זה מתקיים בכל התהליכים הידועים בפיזיקה או כימיה, וניתן לגזור אותו (בצורתו המקומית) משדה כיול של פונקציית הגל. שימור המטען מביא למשוואת הרצף למטען-זרם. באופן כללי, השינוי נטו בצפיפות המטען formula_7 בתוך נפח האינטגרציה formula_8 שווה לאינטגרל המשטחי של צפיפות הזרם formula_9 על המשטח formula_10, הוא הזרם החשמלי formula_11:
formula_12
על כן, שימור המטען החשמלי, כפי שמבוטא על ידי משוואת הרצף, נותן את התוצאה:
formula_13
כאן formula_11 הוא הזרם היוצא נטו דרך משטח סגור, ו-formula_3 הוא המטען החשמלי הכלוא בנפח המוגדר על ידי המשטח.
ניסוי מיליקן
ניסוי מיליקן או ניסוי טיפת השמן הוא ניסוי פורץ דרך בפיזיקה, שערך רוברט מיליקן בשנת 1909, כדי לכמת את המטען החשמלי של אלקטרון יחיד.
מערכת הניסוי.
לצורך הניסוי בנה מיליקן מערכת אשר פלטה מתוך נחיר קטן טיפות שמן זעירות בגודל אחיד. מקצת הטיפות נטענו במטען חשמלי כתוצאה מהחיכוך שנוצר בעת פליטתן מהנחיר. טיפות השמן חדרו דרך חריץ קטן למרווח בין שתי אלקטרודות, שבו שרר שדה חשמלי אחיד.
הניסוי התבסס על יצירת איזון עדין בין כוח הכבידה והכוח החשמלי, אשר פעלו על טיפות השמן הטעונות במטען חשמלי באופן אשר יגרום להן לנוע במהירות קבועה, ללא תאוצה. מסתן של טיפות השמן הייתה ידועה על בסיס גודלן וצפיפותן והופעל עליהן שדה חשמלי בעוצמה ידועה גם כן, כך שניתן היה לחשב על בסיס נתונים אלו את מטענה של הטיפה בדיוק רב. הניסוי חשף כי המטען הנמדד היה תמיד כפולה של מספר קבוע ומכך הסיק מיליקן כי מספר זה הוא מטענו של אלקטרון בודד, שהוערך בניסוי כ- קולון, דיוק של אחוז לעומת ההערכה כיום - קולון (יחידת SI למטען חשמלי).
הניסוי היה בעל השפעה מכרעת על התפתחות מכניקת הקוונטים ופיזיקת החלקיקים. בשנת 1923 זכה מיליקן בפרס נובל לפיזיקה בעבור ניסוי זה.
אנתוני פארקר
אנתוני מייקל פארקר (באנגלית: Anthony Michael Parker; נולד ב-19 ביוני 1975) הוא כדורסלן עבר אמריקאי ששיחק בעמדות הקלע והסמול פורוורד, שימש כמנהל המקצועי של קבוצת לייקלנד מג'יק וכיום משמש כעוזר ג'נרל מנג'ר של קבוצת אורלנדו מג'יק. פארקר, המתנשא לגובה של 1.98 מטר, מוכר בישראל בעיקר בזכות שנותיו כשחקן בקבוצת מכבי תל אביב, אותה הוביל לשלוש זכיות באליפות אירופה. בתקופה בה שיחק ביורוליג, נחשב לאחד מהשחקנים הטובים באירופה ומהזרים הבולטים בהיסטוריה של הליגה הישראלית.
קריירה.
תחילת דרכו.