Elektrilaengu materjal
Palun jälgi ühte enda ümber olevat objekti. Kui sa hävitad eseme, näiteks kivi, siis see laguneb mitmeks väiksemaks tükiks. Kui kivi uuesti purustada, muutub see veelgi väiksemateks tükkideks. Mis siis, kui kivitükid uuesti purustatakse? Muidugi, kivitükid purustatakse ja muutuvad veelgi väiksemateks tükkideks. Kas kive saab jagada veelgi väiksemateks tükkideks, kuni need on lõpmatud? Fakt näitab, et iga objekt, kui see jagada väiksemateks tükkideks, jõuab punkti, kus objekti väikseimat osa ei saa enam väiksemateks tükkideks jagada. Objekti väikseimat osa, mida ei saa enam jagada, nimetatakse aatomiks. Seega on aatom universumi iga aine väikseim osa.
Elektrilaeng aatomites
Aatomid koosnevad elektronidest, prootonitest ja neutronitest. Prootonid ja neutronid moodustavad aatomituuma, mille läbimõõt on umbes 10–15 meetrit . Elektronid asuvad väljaspool tuuma ja tiirlevad selle ümber nagu planeedid ümber päikese. Eeldades, et aatomi läbimõõt on mitu kilomeetrit, on tuum umbes piljardikuuli suurune ning elektronid asuvad tuumas, ulatudes umbes 10–10 meetri kaugusele . Tuuma ja elektroni vahel on tühi ruum.
Negatiivselt laetud elektronid asuvad aatomi servades ja positiivselt laetud prootonid asuvad tuumas. Selleks, et elektronid tiirleksid ümber tuuma ja ei põgeneks aatomist, peab positiivselt laetud tuum avaldama elektronidele ligitõmbavat jõudu. Seda jõudu, mis hoiab elektronid tuuma ümber tiirlemas ja takistab neil aatomist põgeneda, nimetatakse elektrijõuks.
Seevastu aatomituumas on positiivselt laetud prootonid, seega tõukuvad nad üksteist loomulikult, kuna neil on sama laeng. Prootonite aatomituumas koos hoidmiseks ja aatomist eraldumise vältimiseks peab neid koos hoidma jõud. Jõudu, mis hoiab prootoneid aatomituumas koos, nimetatakse tuumajõuks.
Prootoni mass on peaaegu sama suur kui neutroni mass. Ligikaudu 99,9% aatomi massist on koondunud tuuma, samas kui elektronidel on väga väike mass. Elektroni mass (m e ) = 9,1093897 x 10⁻³³ kg , neutroni mass (m n ) = 1,6749286 x 10⁻³³ kg ja prootoni mass (m p ) = 1,6726231 x 10⁻³³ kg.
Elektrilaengu hulk
Elektronid on negatiivselt laetud, prootonid on positiivselt laetud ja neutronid on elektriliselt neutraalsed. Aatomituuma moodustavad prootonid ja neutronid koosnevad kvarkidest, mille laengud on umbes 1/3 ja umbes 2/3 korda suuremad elektronide laengutest. Kvargid on aatomeid moodustavad väikseimad osakesed, kuid seni pole leitud, et kvarkid eksisteeriksid üksikosakestena.
Elektroni või prootoni laengu suurus on laengu põhiühik. Objekti elektrilaengu suurus on elektroni või prootoni laengu kordne. Seda nimetatakse kvantiseeritud laenguks . Näiteks kui meie kasutatav rahatähe väikseim nimiväärtus on 100 ruupiat, siis inimese rahasumma väljendatakse väikseima rahatähe, nimelt 100 ruupia, kordsetes. Näiteks minu rahasumma on 100 000 ja see 100 000 saab jagada 100-ga. Oleks kummaline, kui minu rahasumma oleks 100 002, sest 2 ruupia nimiväärtust pole olemas. Samamoodi on objekti laengu hulk. Elektroni laengu hulk on -e ja prootoni laengu hulk on +e. Objekti laengu hulk on e kordne ehk 1,60 x 10-19 Coulombi ja seda saab väljendada valemiga Q = ±Ne. Q = laengu hulk, ± tähistab laengu tüüpi, N = täisarv, e = 1,60 x 10⁻¹⁹ Coulombi.
Elektrilaeng objektides
Kui aatomil on sama palju elektrone kui prootoneid, siis on aatomi kogulaeng null ja aatom on neutraalne, mis tähendab, et sellel puudub elektrilaeng. Neutraalse aatomi prootonite või elektronide arvu nimetatakse aatomnumbriks (Z) . Kui elektrone on rohkem kui prootoneid, on aatom negatiivselt laetud. Vastupidiselt, kui elektrone on vähem kui prootoneid, on aatom positiivselt laetud. Negatiivselt laetud aatomeid nimetatakse negatiivseteks ioonideks , positiivselt laetud aatomeid aga positiivseteks ioonideks . Elektronide aatomist neeldumise või vabanemise protsessi nimetatakse ionisatsiooniks . Kui me ütleme, et aatom on laetud, peame silmas kogulaengut või netolaengut. Näiteks on aatomil 10 elektroni ja 7 prootonit. See aatom on negatiivselt laetud, kuna sellel on 3 liigset negatiivselt laetud elektroni. Seega on selle aatomi netolaeng 3 ja aatomi laengu tüüp on negatiivne. Numbrid 3, 7, 10 on vaid näited arusaamise hõlbustamiseks. Tegelikkuses on objekti elektrilaengu hulk elektroni või prootoni laengu kordne.
Kui objektil on sama palju elektrone kui prootoneid, on objekt neutraalne ehk sellel puudub elektrilaeng. Kui objektil on rohkem elektrone kui prootoneid, on objektil negatiivne laeng, ja vastupidi, kui objektil on vähem elektrone kui prootoneid, on objektil positiivne laeng. Algselt neutraalse objekti saab muuta negatiivselt laetuks elektronide lisamisega, samas kui objekti saab muuta positiivselt laetuks elektronide redutseerimisega objektis.
