Material de carga eléctrica
Por favor, observe un objeto a su alrededor. Si destruye un objeto, por ejemplo una roca, esta se dividirá en varios pedazos más pequeños. Si la roca se vuelve a triturar, se convertirá en pedazos aún más pequeños. ¿Qué sucede si los pedazos de roca se trituran de nuevo? Por supuesto, se trituran y se convierten en pedazos aún más pequeños. ¿Se pueden dividir las rocas en pedazos aún más pequeños hasta el infinito? Esto demuestra que cualquier objeto, si se divide en pedazos más pequeños, llegará a un punto en el que la parte más pequeña del objeto ya no se puede dividir en pedazos más pequeños. La parte más pequeña de un objeto que no se puede dividir más se llama átomo. Por lo tanto, un átomo es la parte más pequeña de toda la materia en el universo.
Carga eléctrica en los átomos
Los átomos están compuestos de electrones, protones y neutrones. Los protones y neutrones forman el núcleo atómico, que mide aproximadamente 10⁻¹⁵ metros . Los electrones se encuentran fuera del núcleo y orbitan a su alrededor como los planetas orbitan al sol. Suponiendo que el diámetro de un átomo sea de varios kilómetros, el núcleo tiene aproximadamente el tamaño de una bola de billar, con los electrones ubicados en su interior, alcanzando una distancia de aproximadamente 10⁻¹⁰ metros . Entre el núcleo y un electrón hay espacio vacío.
Los electrones, con carga negativa, se ubican en los bordes del átomo, mientras que los protones, con carga positiva, se encuentran en el núcleo. Para que los electrones permanezcan orbitando el núcleo y no escapen del átomo, el núcleo, con carga positiva, debe ejercer una fuerza de atracción sobre ellos. Esta fuerza, que mantiene a los electrones orbitando el núcleo e impide su escape, se denomina fuerza eléctrica.
Por el contrario, dentro del núcleo atómico hay protones con carga positiva, por lo que se repelen entre sí debido a que tienen la misma carga. Para mantener unidos a los protones en el núcleo atómico e impedir que se separen del átomo, debe existir una fuerza que los mantenga unidos. Esta fuerza se denomina fuerza nuclear.
La masa de un protón es casi la misma que la de un neutrón. Aproximadamente el 99,9% de la masa de un átomo se concentra en el núcleo, mientras que los electrones tienen una masa muy pequeña. La masa de un electrón (m e ) = 9,1093897 x 10 -31 kg, la masa de un neutrón (m n ) = 1,6749286 x 10 -27 kg, y la masa de un protón (m p ) = 1,6726231 x 10 -27 kg.
Cantidad de carga eléctrica
Los electrones tienen carga negativa, los protones carga positiva y los neutrones son eléctricamente neutros. Los protones y neutrones que componen el núcleo atómico están formados por quarks, cuyas cargas son aproximadamente 1/3 y 2/3 de la de los electrones, respectivamente. Los quarks son las partículas más pequeñas que componen los átomos, pero hasta el momento no se ha encontrado que existan como partículas individuales.
La magnitud de la carga del electrón o del protón es la unidad básica de carga. La magnitud de la carga eléctrica de un objeto es un múltiplo de la carga del electrón o del protón. Esto se denomina carga cuantizada . Por ejemplo, si la denominación más pequeña de la moneda que utilizamos es de 100 rupias, entonces la cantidad de dinero que tiene una persona se expresa en múltiplos de la moneda más pequeña, es decir, 100 rupias. Por ejemplo, mi cantidad de dinero es 100 000 y esta cantidad de 100 000 se puede dividir entre 100. Sería extraño que mi cantidad de dinero fuera 100 002 porque no existe la denominación de 2 rupias. De igual manera, la cantidad de carga de un objeto. La cantidad de carga de un electrón es -e y la cantidad de carga de un protón es +e. La cantidad de carga de un objeto es un múltiplo de e o 1,60 x 10⁻¹⁹ culombios y se puede expresar mediante Q = ±Ne. Q = cantidad de carga, ± representa el tipo de carga, N = número entero, e = 1,60 x 10 -19 Coulomb.
Carga eléctrica en los objetos
Si un átomo tiene el mismo número de electrones que de protones, la carga eléctrica total del átomo es cero, y el átomo es neutro, es decir, no tiene carga eléctrica. El número de protones o electrones en un átomo neutro se denomina número atómico (Z) . Si hay más electrones que protones, el átomo tiene carga negativa. Por el contrario, si hay menos electrones que protones, el átomo tiene carga positiva. Los átomos con carga negativa se denominan iones negativos , mientras que los átomos con carga positiva se denominan iones positivos . El proceso de absorción o liberación de electrones de un átomo se denomina ionización . Cuando decimos que un átomo está cargado, nos referimos a la carga total o carga neta. Por ejemplo, un átomo tiene 10 electrones y 7 protones. Este átomo tiene carga negativa porque tiene 3 electrones con carga negativa en exceso. Por lo tanto, la carga neta de este átomo es 3, y el tipo de carga atómica es negativa. Los números 3, 7 y 10 son solo ejemplos para facilitar la comprensión. En realidad, la cantidad de carga eléctrica de un objeto es un múltiplo de la carga del electrón o de la carga del protón.
Si un objeto tiene la misma cantidad de electrones que de protones, es neutro o no tiene carga eléctrica. Si tiene más electrones que protones, tiene carga negativa; por el contrario, si tiene menos electrones que protones, tiene carga positiva. Un objeto inicialmente neutro puede cargarse negativamente añadiéndole electrones, mientras que puede cargarse positivamente reduciendo su cantidad.
