كل مادة في الكون تتكون أساسًا من ذرات . تتكون الذرات من بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. البروتونات موجبة الشحنة، والإلكترونات سالبة الشحنة، والنيوترونات متعادلة الشحنة. تحتوي الذرة على عدد من الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات. إذا تساوى عدد الإلكترونات مع عدد البروتونات، فإن الشحنة الكهربائية الكلية للذرة تساوي صفرًا، وتكون الذرة متعادلة كهربائيًا. أما إذا تجاوز عدد الإلكترونات عدد البروتونات، فإن الذرة تحتوي على فائض من الإلكترونات، مما يجعلها سالبة الشحنة. وإذا تجاوز عدد الإلكترونات عدد البروتونات، فإن الذرة تحتوي على فائض من البروتونات، مما يجعلها موجبة الشحنة.
تتكون كل مادة أساسًا من ذرات، فإذا كان عدد الإلكترونات في الذرات المكونة لجسم ما مساويًا لعدد البروتونات، فإن الجسم يكون متعادلًا كهربائيًا. أما إذا كان عدد الإلكترونات في الذرات المكونة لجسم ما أكبر من عدد البروتونات، فإن الجسم يكون سالب الشحنة. وبالمثل، إذا كان عدد الإلكترونات في الذرات المكونة لجسم ما أقل من عدد البروتونات، فإن الجسم يكون موجب الشحنة.
العديد من الأشياء التي نصادفها في حياتنا اليومية متعادلة كهربائيًا في الأساس. مع ذلك، يمكن شحن هذه الأشياء كهربائيًا. يمكن تحويل جسم متعادل كهربائيًا إلى جسم مشحون كهربائيًا عن طريق الاحتكاك أو الحث. في تجربة الشحن الكهربائي، شرحنا كيفية تحويل جسم متعادل إلى جسم مشحون كهربائيًا عن طريق الاحتكاك بجسم آخر. وفي تجربة شحن جسم بالحث، ناقشنا أيضًا عملية تحويل جسم متعادل إلى جسم مشحون كهربائيًا بالحث. في طريقة الاحتكاك، يُلامس الجسم المراد شحنه كهربائيًا جسمًا آخر، بينما في طريقة الحث، لا يُلامس الجسم المراد شحنه كهربائيًا، بل يُقرّب ببساطة من جسم آخر مشحون كهربائيًا.
يتحول البلاستيك، الذي كان متعادلًا كهربائيًا في البداية، إلى مادة مشحونة كهربائيًا بعد فركه بفرو أو شعر جاف. والدليل على شحن البلاستيك كهربائيًا هو تنافر قضيبين بلاستيكيين سبق فركهما بفرو أو شعر جاف. يتنافر القضيبان البلاستيكيان لأن لهما نفس الشحنة. وكما هو موضح في موضوع الشحنة الكهربائية ، ووفقًا للاتفاقية المبنية على اقتراح بنجامين فرانكلين (1706-1790)، تُحدد الشحنة الكهربائية التي يحملها البلاستيك على أنها شحنة سالبة. البلاستيك مشحون سالبًا لأن العدد الإجمالي للإلكترونات فيه أكبر من عدد البروتونات. في البداية، يكون البلاستيك متعادلًا، لذا يمكن الاستنتاج أن الإلكترونات الزائدة الموجودة فيه حاليًا تأتي من الفرو أو الشعر الجاف. تنتقل الإلكترونات من الفرو أو الشعر إلى البلاستيك أثناء الاحتكاك بينهما. الفرو متعادل كهربائيًا في البداية، لذا عندما تنتقل إلكتروناته إلى البلاستيك، يفقد الفرو الإلكترونات ويصبح لديه فائض من البروتونات. هذا الفائض من البروتونات يجعل الفرو مشحونًا بشحنة موجبة. بعد الاحتكاك، يصبح البلاستيك مشحونًا بشحنة سالبة ويصبح الفرو مشحونًا بشحنة موجبة.
عدد الإلكترونات المنتقلة من الفرو إلى البلاستيك يساوي عدد الإلكترونات المفقودة من البلاستيك. بعد الاحتكاك، يصبح البلاستيك فائضًا من الإلكترونات، فيصبح سالب الشحنة، بينما يصبح الفرو ناقصًا في الإلكترونات، فيصبح موجب الشحنة. صافي شحنة البلاستيك = عدد الإلكترونات - عدد البروتونات. وبالمثل، صافي شحنة الريشة = عدد البروتونات - عدد الإلكترونات. لا تُفقد أي شحنة أثناء الاحتكاك، ولا تُستحدث شحنة، بل يحدث انتقال للشحنة. يصبح البلاستيك سالب الشحنة، وتصبح الريشة موجبة الشحنة. إذن، الشحنة الكهربائية ثابتة.
قانون حفظ الشحنة الكهربائية ينصّ القانون على أنه في نظام مغلق، لا تُستحدث الشحنة الكهربائية ولا تُفنى، بل تنتقل فقط من جسم إلى آخر. فعندما يُشحن جسم ما بشحنة موجبة، يُشحن جسم آخر في الوقت نفسه بشحنة سالبة، مع تساوي الشحنة الكلية لكل جسم. يُوضّح النظام المغلق المذكور أعلاه كما يلي: على سبيل المثال، عند احتكاك البلاستيك بالفرو، يُفترض أن انتقال الشحنة الكهربائية يحدث فقط بين البلاستيك والفرو. أي أن الفرو والبلاستيك هما فقط المتفاعلان. في الواقع، يوجد الهواء من حولنا، لذا فهو يشارك أيضاً في عملية الاحتكاك بين البلاستيك والفرو. إذا أُخذ الهواء في الحسبان، فإن قانون حفظ الشحنة يظل سارياً على البلاستيك والفرو والهواء. فإذا أصبح البلاستيك بعد الاحتكاك مشحوناً بشحنة سالبة مقدارها 5، على سبيل المثال، وأصبح الفرو مشحوناً بشحنة سالبة مقدارها 3، على سبيل المثال، فإن الهواء المحيط به يصبح أيضاً مشحوناً بشحنة سالبة مقدارها 2. وبالتالي، فإن إجمالي الشحنة الكهربائية بين هذه الأجسام الثلاثة المتفاعلة يساوي صفراً. إذا تفاعل البلاستيك والفرو فقط، فعندما يُشحن البلاستيك بشحنة سالبة مقدارها 5، يُشحن الفرو بشحنة موجبة مقدارها 5، وبالتالي تكون الشحنة الكهربائية الكلية للبلاستيك والفرو صفرًا. الشحنات 2 و3 و5 هي مجرد أمثلة. في الواقع، مقدار الشحنة الكهربائية ليس كبيرًا، بل هو مضاعف لشحنة الإلكترون أو البروتون. يُرجى دراسة الموضوع. الشحنة الكهربائية لتوضيح فهمك لمقدار الشحنة الكهربائية التي يمتلكها الجسم.
