Άρθρο σχετικά με το ηλεκτρικό φορτίο στα άτομα
Παρατηρήστε ένα από τα αντικείμενα που βρίσκονται γύρω σας. Αν καταστρέψετε ένα αντικείμενο, για παράδειγμα, μια πέτρα, η πέτρα θα χωριστεί σε μικρότερα κομμάτια. Αν το μέρος της πέτρας καταστραφεί ξανά, τα κομμάτια της πέτρας θα μετατραπούν σε μικρότερα κομμάτια. Τι γίνεται αν η πέτρα καταστραφεί ξανά; Φυσικά, η πέτρα είναι μικρότερη. Μπορούν οι πέτρες να καταστραφούν σε μικρότερα έως άπειρα κομμάτια; Η πραγματικότητα δείχνει ότι ένα αντικείμενο, όταν χωριστεί σε μικρότερα, θα φτάσει σε ένα σημείο όπου το μικρότερο μέρος του αντικειμένου δεν μπορεί να διαιρεθεί σε μικρότερα. Το μικρότερο μέρος ενός αντικειμένου που δεν μπορεί να διαιρεθεί ονομάζεται άτομο. Έτσι, τα άτομα είναι το μικρότερο μέρος κάθε υλικού στο σύμπαν.
Τα άτομα αποτελούνται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια σχηματίζουν ατομικούς πυρήνες μήκους περίπου 10-15 μέτρων. Τα ηλεκτρόνια βρίσκονται έξω από τον πυρήνα και κινούνται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου όπως οι πλανήτες κινούνται γύρω από τον ήλιο. Αν υποθέσουμε ότι η διάμετρος του ατόμου είναι μερικά χιλιόμετρα, τότε ο ατομικός πυρήνας έχει το μέγεθος μιας μπάλας μπιλιάρδου,
και τα ηλεκτρόνια βρίσκονται μεταξύ του πυρήνα και φτάνουν σε απόσταση περίπου 10-10 μέτρων από τον πυρήνα. Μεταξύ του πυρήνα και ενός ηλεκτρονίου, υπάρχει χώρος.
Τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια βρίσκονται στην άκρη των ατόμων και τα θετικά φορτισμένα πρωτόνια βρίσκονται στον ατομικό πυρήνα. Για να συνεχίσουν τα ηλεκτρόνια να κυκλοφορούν στον πυρήνα και να μην διαφεύγουν από το άτομο, ο θετικά φορτισμένος ατομικός πυρήνας πρέπει να ασκεί ελκτική δύναμη στο ηλεκτρόνιο. Η δύναμη που έλκει ηλεκτρόνια ώστε να παραμείνουν γύρω από τον πυρήνα και δεν μπορεί να διαχωριστεί από το άτομο ονομάζεται ηλεκτρική δύναμη.
Από την άλλη πλευρά, μέσα στον ατομικό πυρήνα, υπάρχουν θετικά φορτισμένα πρωτόνια, επομένως τα πρωτόνια πρέπει να απωθούνται λόγω του ίδιου φορτίου. Για να παραμείνουν τα πρωτόνια μαζί στον πυρήνα και όχι ξεχωριστά από το άτομο, πρέπει να υπάρχει μια δύναμη που να ενώνει τα πρωτόνια. Η δύναμη που συνδέει τα πρωτόνια ώστε να παραμείνουν μαζί στον ατομικό πυρήνα ονομάζεται πυρηνική δύναμη.
Η μάζα του πρωτονίου είναι σχεδόν η ίδια με τη μάζα των νετρονίων. Περίπου το 99.9% της ατομικής μάζας επικεντρώνεται στον ατομικό πυρήνα, ενώ τα ηλεκτρόνια έχουν μικροσκοπικές μάζες. Μάζα ηλεκτρονίου (me) = 9.1093897 x 10 -31 kg, μάζα νετρονίου (mn) = 1.6749286 x 10 -27 kg, μάζα πρωτονίου (mp) = 1.6726231 x 10 -27 kg.
Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας
Τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά, τα πρωτόνια είναι θετικά και τα νετρόνια είναι ουδέτερα. Τα πρωτόνια ή νετρόνια αποτελούνται από κουάρκ, τα οποία έχουν ± 1/3 και ± 2/3 φορές το φορτίο των ηλεκτρονίων. Τα κουάρκ είναι τα μικρότερα σωματίδια που σχηματίζουν άτομα, αλλά μέχρι στιγμής, τα κουάρκ δεν έχουν βρεθεί να στέκονται μόνα τους ως μεμονωμένα σωματίδια.
Η ποσότητα του φορτίου ηλεκτρονίων ή πρωτονίων είναι η βασική μονάδα μέτρησης του φορτίου. Το ηλεκτρικό φορτίο ενός αντικειμένου είναι πολλαπλάσιο του φορτίου ηλεκτρονίων ή πρωτονίων. Αυτό ονομάζεται κβαντισμένο φορτίο. Για παράδειγμα, εάν το μικρότερο κλάσμα του νομίσματος που χρησιμοποιούμε είναι 1, τότε το ποσό των χρημάτων που έχει δηλώσει ένα άτομο σε πολλαπλάσια του μικρότερου νομίσματος είναι 1. Για παράδειγμα, το ποσό των χρημάτων μου είναι 2 και 3.
Το φορτίο ενός ηλεκτρονίου είναι –e και το μέγεθος του φορτίου ενός πρωτονίου είναι +e. Το φορτίο ενός αντικειμένου είναι πολλαπλάσιο του e ή 1.60 x 10 -19 Coulomb και μπορεί να εκφραστεί από τον τύπο Q = ± Ne. Q = αριθμός φορτίων, ± αντιπροσωπεύει τον τύπο φορτίου, N = ακέραιος, e = 1.60 x 10 -19 Coulomb.
Ηλεκτρικό φορτίο σε αντικείμενα
Αν ένα άτομο έχει τόσα ηλεκτρόνια όσα και ένα πρωτόνιο, τότε το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο στο άτομο είναι μηδέν και αυτό το άτομο είναι ουδέτερο ή μη ηλεκτρικά φορτισμένο. Ο αριθμός των πρωτονίων ή ηλεκτρονίων σε ένα ουδέτερο άτομο ονομάζεται ατομικός αριθμός (Z). Αν τα ηλεκτρόνια είναι περισσότερα από ένα πρωτόνιο, τότε το άτομο είναι αρνητικά φορτισμένο. Αντίθετα, αν τα ηλεκτρόνια είναι λιγότερα από τα πρωτόνια, είναι θετικά φορτισμένα. Τα αρνητικά φορτισμένα άτομα ονομάζονται αρνητικά ιόντα, ενώ τα θετικά φορτισμένα άτομα ονομάζονται θετικά ιόντα. Η διαδικασία λήψης ή απελευθέρωσης ηλεκτρονίων από ένα άτομο ονομάζεται ιονισμός. Όταν λέμε ότι ένα άτομο είναι φορτισμένο, αυτό που εννοούμε είναι το καθαρό φορτίο. Για παράδειγμα, ένα άτομο έχει 10 ηλεκτρόνια και 7 πρωτόνια. Αυτό το άτομο είναι αρνητικά φορτισμένο επειδή έχει περίσσεια 3 ηλεκτρονίων. Έτσι, το καθαρό φορτίο αυτού του ατόμου είναι 3 και αυτός ο τύπος ατομικού φορτίου είναι αρνητικός. Τα Σχήματα 3, 7, 10 είναι μόνο παραδείγματα για να διευκολύνουν την κατανόηση. Στην πραγματικότητα, η ποσότητα ενός ηλεκτρικού φορτίου ενός αντικειμένου είναι πολλαπλάσιο του φορτίου ηλεκτρονίου ή του φορτίου πρωτονίου.
Αν ένα αντικείμενο έχει τόσα ηλεκτρόνια όσα και τα πρωτόνια, τότε είναι ουδέτερο ή μη ηλεκτρικά φορτισμένο. Αν ένα αντικείμενο έχει περισσότερα ηλεκτρόνια από ένα πρωτόνιο, είναι αρνητικά φορτισμένο, ενώ αν ένα αντικείμενο έχει λιγότερα ηλεκτρόνια από ένα πρωτόνιο, είναι θετικά φορτισμένο. Αντικείμενα που αρχικά ήταν ουδέτερα μπορούν να φορτιστούν αρνητικά προσθέτοντας ηλεκτρόνια στο αντικείμενο. Διαφορετικά, τα αντικείμενα μπορούν να φορτιστούν θετικά μειώνοντας τα ηλεκτρόνια στο αντικείμενο.
