Materiál elektrického náboje
Pozorujte prosím jeden z objektů kolem sebe. Pokud zničíte nějaký objekt, například kámen, rozpadne se na několik menších kousků. Pokud se kámen znovu rozdrtí, změní se na ještě menší kousky. Co když se kusy skály znovu rozdrtí? Samozřejmě, kusy skály se rozdrtí a přemění na ještě menší kousky. Lze skály dělit na ještě menší kousky, dokud nebudou nekonečné? Faktem je, že jakýkoli objekt, pokud se rozdělí na menší kousky, dosáhne bodu, kdy nejmenší část objektu nelze rozdělit na menší kousky. Nejmenší část objektu, kterou nelze dále dělit, se nazývá atom. Atom je tedy nejmenší částí veškeré hmoty ve vesmíru.
Elektrický náboj v atomech
Atomy se skládají z elektronů, protonů a neutronů. Protony a neutrony tvoří atomové jádro, které měří přibližně 10–15 metrů . Elektrony se nacházejí vně jádra a obíhají kolem něj jako planety obíhají kolem Slunce. Za předpokladu, že průměr atomu je několik kilometrů, má jádro velikost kulečníkové koule, přičemž elektrony se nacházejí uvnitř jádra a dosahují vzdálenosti přibližně 10–10 metrů . Mezi jádrem a elektronem je prázdný prostor.
Záporně nabité elektrony se nacházejí na okrajích atomu a kladně nabité protony se nacházejí v jádře. Aby elektrony obíhaly kolem jádra a neunikaly z atomu, musí kladně nabité jádro na elektrony působit přitažlivou silou. Tato síla, která udržuje elektrony v oběhu kolem jádra a brání jim v úniku, se nazývá elektrická síla.
Naopak uvnitř atomového jádra jsou kladně nabité protony, takže se přirozeně odpuzují, protože mají stejný náboj. Aby se protony v atomovém jádře udržely pohromadě a zabránilo se jejich oddělení od atomu, musí je držet pohromadě síla. Síla, která drží protony pohromadě v atomovém jádře, se nazývá jaderná síla.
Hmotnost protonu je téměř stejná jako hmotnost neutronu. Přibližně 99,9 % hmotnosti atomu je soustředěno v jádře, zatímco elektrony mají velmi malou hmotnost. Hmotnost elektronu (m e ) = 9,1093897 x 10⁻⁹ kg, hmotnost neutronu (m n ) = 1,6749286 x 10⁻²⁹ kg a hmotnost protonu (m p ) = 1,6726231 x 10⁻²⁹ kg.
Množství elektrického náboje
Elektrony jsou záporně nabité, protony jsou kladně nabité a neutrony jsou elektricky neutrální. Protony a neutrony, které tvoří atomové jádro, se skládají z kvarků, které mají náboj přibližně 1/3 a přibližně 2/3krát větší než elektrony. Kvarky jsou nejmenší částice, které tvoří atomy, ale dosud nebylo zjištěno, že by kvarky existovaly samostatně jako jednotlivé částice.
Velikost náboje elektronu nebo protonu je základní jednotkou náboje. Velikost elektrického náboje objektu je násobkem náboje elektronu nebo protonu. Tomu se říká kvantovaný náboj . Například, pokud je nejmenší nominální hodnota měny, kterou používáme, 100 rupií, pak se množství peněz, které člověk má, vyjadřuje v násobcích nejmenší měny, konkrétně 100 rupií. Například množství mých peněz je 100 000 a těchto 100 000 lze dělit 100. Bylo by zvláštní, kdyby množství mých peněz bylo 100 002, protože neexistuje nominální hodnota 2 rupií. Podobně je tomu u množství náboje objektu. Množství náboje elektronu je -e a množství náboje protonu je +e. Množství náboje objektu je násobkem e neboli 1,60 x 10⁻¹⁹ Coulombů a lze jej vyjádřit jako Q = ±Ne. Q = množství náboje, ± představuje typ náboje, N = celé číslo, e = 1,60 x 10⁻¹⁶ Coulomb.
Elektrický náboj v objektech
Pokud má atom stejný počet elektronů jako protonů, pak je celkový elektrický náboj v atomu nula a atom je neutrální, což znamená, že nemá žádný elektrický náboj. Počet protonů nebo elektronů v neutrálním atomu se nazývá atomové číslo (Z) . Pokud je elektronů více než protonů, atom je záporně nabitý. Naopak, pokud je elektronů méně než protonů, atom je kladně nabitý. Záporně nabité atomy se nazývají záporné ionty , zatímco kladně nabité atomy se nazývají kladné ionty . Proces absorpce nebo uvolňování elektronů z atomu se nazývá ionizace . Když říkáme, že atom je nabitý, máme na mysli celkový náboj nebo čistý náboj. Například atom má 10 elektronů a 7 protonů. Tento atom je záporně nabitý, protože má 3 přebytečné záporně nabité elektrony. Čistý náboj tohoto atomu je tedy 3 a typ atomového náboje je záporný. Čísla 3, 7, 10 jsou jen příklady pro snazší pochopení. Ve skutečnosti je množství elektrického náboje objektu násobkem náboje elektronu nebo náboje protonu.
Pokud má objekt tolik elektronů jako protonů, pak je objekt neutrální nebo nemá žádný elektrický náboj. Pokud má objekt více elektronů než protonů, pak má objekt záporný náboj, naopak, pokud má objekt méně elektronů než protonů, pak má objekt kladný náboj. Objekt, který byl zpočátku neutrální, může být nabit záporně přidáním elektronů, zatímco objekt může být nabit kladně snížením počtu elektronů v objektu.
