Materijal za električni naboj
Molimo vas da posmatrate jedan od objekata oko sebe. Ako uništite neki objekat, na primjer stijenu, stijena će se raspasti na nekoliko manjih komada. Ako se stijena ponovo zdrobi, stijena će se pretvoriti u još manje komade. Šta ako se komadi stijene ponovo zdrobe? Naravno, komadi stijene se zdrobe i pretvore u još manje komade. Može li se stijene podijeliti na još manje komade sve dok ne postanu beskonačne? Činjenica pokazuje da će bilo koji objekat, ako se podijeli na manje komade, doći do tačke u kojoj se najmanji dio objekta ne može podijeliti na još manje komade. Najmanji dio objekta koji se ne može dalje dijeliti naziva se atom. Dakle, atom je najmanji dio svake materije u svemiru.
Električni naboj u atomima
Atomi se sastoje od elektrona, protona i neutrona. Protoni i neutroni formiraju atomsko jezgro, koje mjeri približno 10-15 metara . Elektroni se nalaze izvan jezgra i kruže oko njega poput planeta koje kruže oko Sunca. Pod pretpostavkom da je prečnik atoma nekoliko kilometara, jezgro je otprilike veličine bilijarske kugle, s elektronima koji se nalaze unutar jezgra, dostižući udaljenost od približno 10-10 metara . Između jezgra i elektrona nalazi se prazan prostor.
Negativno nabijeni elektroni nalaze se na rubovima atoma, a pozitivno nabijeni protoni nalaze se u jezgru. Da bi elektroni kružili oko jezgra i ne bi li pobjegli iz atoma, pozitivno nabijeno jezgro mora djelovati privlačnom silom na elektrone. Ova sila, koja održava elektrone u orbiti oko jezgra i sprječava njihov bijeg, naziva se električna sila.
Suprotno tome, unutar atomskog jezgra nalaze se pozitivno nabijeni protoni, pa se oni prirodno odbijaju jer imaju isto naelektrisanje. Da bi se protoni održali zajedno u atomskom jezgru i spriječilo njihovo odvajanje od atoma, mora ih držati zajedno sila. Sila koja drži protone zajedno u atomskom jezgru naziva se nuklearna sila.
Masa protona je gotovo ista kao masa neutrona. Približno 99,9% mase atoma koncentrirano je u jezgru, dok elektroni imaju vrlo malu masu. Masa elektrona (m e ) = 9,1093897 x 10 -31 kg, masa neutrona (m n ) = 1,6749286 x 10 -27 kg, a masa protona (m p ) = 1,6726231 x 10 -27 kg.
Količina električnog naboja
Elektroni su negativno naelektrisani, protoni su pozitivno naelektrisani, a neutroni su električno neutralni. Protoni i neutroni koji čine atomsko jezgro sastavljeni su od kvarkova, koji imaju naboje približno 1/3 i približno 2/3 puta veće od naboja elektrona. Kvarkovi su najmanje čestice koje čine atome, ali do sada nije utvrđeno da kvarkovi postoje samostalno kao pojedinačne čestice.
Veličina naboja elektrona ili naboja protona je osnovna jedinica naboja. Veličina električnog naboja objekta je višekratnik naboja elektrona ili naboja protona. To se naziva kvantizirani naboj . Na primjer, ako je najmanja apoen valute koju koristimo 100 rupija, tada se iznos novca koji osoba ima izražava u višekratnicima najmanje valute, naime 100 rupija. Na primjer, iznos mog novca je 100.000 i tih 100.000 se može podijeliti sa 100. Bilo bi čudno da je iznos mog novca 100.002 jer ne postoji apoen od 2 rupije. Slično tome, količina naboja objekta. Količina naboja elektrona je -e, a količina naboja protona je +e. Količina naboja objekta je višekratnik e ili 1,60 x 10 -19 Coulomb i može se izraziti kao Q = ±Ne. Q = količina naelektrisanja, ± predstavlja vrstu naelektrisanja, N = cijeli broj, e = 1,60 x 10⁻¹⁴ Coulomb.
Električni naboj u objektima
Ako atom ima isti broj elektrona kao i protona, tada je ukupni električni naboj u atomu nula, a atom je neutralan, što znači da nema električni naboj. Broj protona ili elektrona u neutralnom atomu naziva se atomski broj (Z) . Ako ima više elektrona nego protona, atom je negativno nabijen. Obrnuto, ako ima manje elektrona nego protona, atom je pozitivno nabijen. Negativno nabijeni atomi nazivaju se negativni ioni , dok se pozitivno nabijeni atomi nazivaju pozitivni ioni . Proces apsorpcije ili oslobađanja elektrona iz atoma naziva se ionizacija . Kada kažemo da je atom nabijen, mislimo na ukupni naboj ili neto naboj. Na primjer, atom ima 10 elektrona i 7 protona. Ovaj atom je negativno nabijen jer ima 3 višak negativno nabijenih elektrona. Dakle, neto naboj ovog atoma je 3, a vrsta atomskog naboja je negativna. Brojevi 3, 7, 10 su samo primjeri radi lakšeg razumijevanja. U stvarnosti, količina električnog naboja objekta je višekratnik naboja elektrona ili naboja protona.
Ako objekt ima jednak broj elektrona koliko i protona, onda je objekt neutralan ili nema električni naboj. Ako objekt ima više elektrona nego protona, onda ima negativni naboj, i obrnuto, ako objekt ima manje elektrona nego protona, onda ima pozitivni naboj. Objekt koji je u početku bio neutralan može se negativno nabiti dodavanjem elektrona, dok se objekt može pozitivno nabiti smanjenjem broja elektrona u objektu.
