Material de càrrega elèctrica
Observa un dels objectes que t'envolten. Si destrueixes un objecte, per exemple una roca, la roca es dividirà en diversos trossos més petits. Si la roca es torna a triturar, la roca es convertirà en trossos encara més petits. Què passa si els trossos de roca es tornen a triturar? Per descomptat, els trossos de roca es trituren i es converteixen en trossos encara més petits. Es poden dividir les roques en trossos encara més petits fins que siguin infinits? El fet demostra que qualsevol objecte, si es divideix en trossos més petits, arribarà a un punt on la part més petita de l'objecte no es pot dividir en trossos més petits. La part més petita d'un objecte que no es pot dividir més s'anomena àtom. Per tant, un àtom és la part més petita de tota la matèria de l'univers.
Càrrega elèctrica en àtoms
Els àtoms estan compostos d'electrons, protons i neutrons. Els protons i els neutrons formen el nucli atòmic, que mesura aproximadament 10-15 metres . Els electrons es troben fora del nucli i l'orbiten com els planetes orbiten al voltant del sol. Suposant que el diàmetre d'un àtom és de diversos quilòmetres, el nucli té aproximadament la mida d'una bola de billar, amb els electrons situats dins del nucli, arribant a una distància d'aproximadament 10-10 metres . Entre el nucli i un electró hi ha un espai buit.
Els electrons carregats negativament es troben a les vores de l'àtom, i els protons carregats positivament es troben al nucli. Perquè els electrons continuïn orbitant al voltant del nucli i no s'escapen de l'àtom, el nucli carregat positivament ha d'exercir una força atractiva sobre els electrons. Aquesta força, que manté els electrons orbitant al voltant del nucli i els impedeix escapar, s'anomena força elèctrica.
Per contra, dins del nucli atòmic hi ha protons carregats positivament, de manera que es repel·leixen naturalment perquè tenen la mateixa càrrega. Per mantenir els protons units al nucli atòmic i evitar que se separin de l'àtom, cal que hi hagi una força que els mantingui units. La força que manté els protons units al nucli atòmic s'anomena força nuclear.
La massa d'un protó és gairebé la mateixa que la massa d'un neutró. Aproximadament el 99,9% de la massa d'un àtom es concentra al nucli, mentre que els electrons tenen una massa molt petita. La massa d'un electró (m e ) = 9,1093897 x 10 -31 kg, la massa d'un neutró (m n ) = 1,6749286 x 10 -27 kg i la massa d'un protó (m p ) = 1,6726231 x 10 -27 kg.
Quantitat de càrrega elèctrica
Els electrons tenen càrrega negativa, els protons tenen càrrega positiva i els neutrons són elèctricament neutres. Els protons i neutrons que formen el nucli atòmic estan compostos de quarks, que tenen càrregues aproximadament 1/3 i aproximadament 2/3 vegades superiors a les dels electrons. Els quarks són les partícules més petites que formen els àtoms, però fins ara no s'ha descobert que els quarks existeixin sols com a partícules individuals.
La magnitud de la càrrega de l'electró o la càrrega del protó és la unitat bàsica de càrrega. La magnitud de la càrrega elèctrica d'un objecte és un múltiple de la càrrega de l'electró o la càrrega del protó. Això s'anomena càrrega quantitzada . Per exemple, si la denominació més petita de la moneda que fem servir és 100 rupies, la quantitat de diners que té una persona s'expressa en múltiples de la moneda més petita, és a dir, 100 rupies. Per exemple, la quantitat dels meus diners és de 100.000 i aquests 100.000 es poden dividir per 100. Seria estrany que la quantitat dels meus diners fos de 100.002 perquè no hi ha cap denominació de 2 rupies. De la mateixa manera, la quantitat de càrrega d'un objecte. La quantitat de càrrega d'un electró és -e i la quantitat de càrrega d'un protó és +e. La quantitat de càrrega d'un objecte és un múltiple d'e o 1,60 x 10-19 Coulomb i es pot expressar mitjançant Q = ±Ne. Q = quantitat de càrrega, ± representa el tipus de càrrega, N = nombre enter, e = 1,60 x 10⁻¹⁹ Coulomb.
Càrrega elèctrica en objectes
Si un àtom té el mateix nombre d'electrons que de protons, la càrrega elèctrica total de l'àtom és zero i l'àtom és neutre, és a dir, que no té càrrega elèctrica. El nombre de protons o electrons en un àtom neutre s'anomena nombre atòmic (Z) . Si hi ha més electrons que protons, l'àtom té càrrega negativa. Per contra, si hi ha menys electrons que protons, l'àtom té càrrega positiva. Els àtoms amb càrrega negativa s'anomenen ions negatius , mentre que els àtoms amb càrrega positiva s'anomenen ions positius . El procés d'absorbir o alliberar electrons d'un àtom s'anomena ionització . Quan diem que un àtom té carregat, ens referim a la càrrega total o càrrega neta. Per exemple, un àtom té 10 electrons i 7 protons. Aquest àtom té carregat negativament perquè té 3 electrons amb càrrega negativa en excés. Per tant, la càrrega neta d'aquest àtom és 3 i el tipus de càrrega atòmica és negativa. Els números 3, 7, 10 són només exemples per facilitar-ne la comprensió. En realitat, la quantitat de càrrega elèctrica d'un objecte és un múltiple de la càrrega de l'electró o la càrrega del protó.
Si un objecte té tants electrons com protons, aleshores l'objecte és neutre o no té càrrega elèctrica. Si un objecte té més electrons que protons, aleshores l'objecte té una càrrega negativa, a l'inrevés si un objecte té menys electrons que protons, aleshores l'objecte té una càrrega positiva. Un objecte que inicialment era neutre es pot carregar negativament afegint electrons a l'objecte, mentre que un objecte es pot carregar positivament reduint els electrons de l'objecte.
