Хочу выяснить как ученые определили, что есть отрицательные и положительные заряды,

Да в общем-то никак. Для начала обозначили плюс и минус и решили, что направление тока будет с плюса на минус. А когда обнаружили, что настоящий носитель (электрон) движется в обратном направлении, пришлось сказать, что у него отрицательный заряд, чтобы все формулы не перелопачивать.

"заряд" это условность, абстрактность, т. е. это то чего нет. Есть 2 базовые сущности и они проявлены везде и во всем... даже вдох\выдох...

Они определили, что зарядов существует два вида. Один заряд подобен тому, который образуется при трении стекла о шёлк, второй при трении янтаря о шерсть. А названия дали условно. Первый назвали положительным, а второй отрицательным.

минус это избыток электронов, плюс нехватка

Хороший вопрос!
В 1729 году Шарль Дюфе установил, что существует два рода зарядов. Один образуется при трении стекла о шёлк, а другой — смолы о шерсть. Поэтому Дюфе назвал заряды «стеклянным» и «смоляным». Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл Бенджамин Франклин.

В начале XX века американский физик Роберт Милликен опытным путём показал, что электрический заряд дискретен, то есть заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда.

В схемах, где два полюса, совсем не обязательно, чтобы на одном сидели плюсы, а на другом минусы. Просто "плюс" - это там, где потенциал выше, чем на "минусе". А абсолютное значение потенциала зависит от точки отсчёта... Относительно определения знака заряда частиц: их делят по направлению движения в электрическом и/или магнитном поле. См. масспектрометр, электрофорез, электропроводность электролитов...

Ну... Ньютону яблоко... Менделееву спирт... А тут лишь всевышний знает, чем они там стукнулись.