Laddningskonservering

Laddningskonservering är en grundläggande princip inom fysik som säger att den totala elektriska laddningen i ett slutet system förblir konstant över tid. Den gäller såväl i vardagliga sammanhang som kemiska reaktioner och elektriska kretsar som i kärn- och partikelfysik. Principen bygger på att laddning inte kan skapas eller förintas av naturliga processer; den kan endast omfördelas mellan olika delar av systemet.

I elektromagnetismen beskrivs lokal laddningskonservering genom kontinuitetsekvationen ∂ρ/∂t + ∇·J = 0, där ρ är laddningstätheten och J är strömdensiteten. Denna ekvation följer av den U(1) gauge-symmetri som ligger till grund för elektromagnetismen och är nära kopplad till Maxwells ekvationer. Global laddningskonservering innebär att summan av all laddning i hela systemet är oföränderlig när tiden går.

I kemiska processer byts elektroner mellan atomer och molekyler, men den totala laddningen bevaras. I elektriska kretsar flyttas laddningar inom systemet, medan den totala mängden laddning i batteriet och dess omgivning förblir konstant. Inom fysikens kärn- och partikelområde observeras konservering i varje känd process: summan av positiva och negativa laddningar före en händelse är lika med summan efter.

Laddningskonservering innebär också att laddningen är kvantiserad i enheter av den elementära laddningen e. Konservationen används som en grundläggande kontroll i experiment och teorier och utgör en av de mest robusta principerna i modern fysik.