هر مادهای در جهان اساساً از اتم تشکیل شده است . اتمها از پروتونها، نوترونها و الکترونها تشکیل شدهاند. پروتونها بار مثبت، الکترونها بار منفی و نوترونها بدون بار هستند. یک اتم شامل تعدادی الکترون، پروتون و نوترون است. اگر تعداد الکترونها با تعداد پروتونها برابر باشد، بار الکتریکی کل اتم صفر است. چنین اتمی از نظر الکتریکی خنثی است. اگر تعداد الکترونها از تعداد پروتونها بیشتر باشد، اتم الکترون اضافی دارد و بار منفی دارد. اگر تعداد الکترونها از تعداد پروتونها بیشتر باشد، اتم پروتون اضافی دارد و بار مثبت دارد.
هر مادهای اساساً از اتمها تشکیل شده است، بنابراین اگر اتمهایی که یک جسم را به عنوان یک کل تشکیل میدهند، به تعداد پروتونها، الکترون داشته باشند، آن جسم هیچ باری ندارد یا خنثی است. از سوی دیگر، اگر اتمهایی که یک جسم را به عنوان یک کل تشکیل میدهند، الکترونهای بیشتری نسبت به پروتونها داشته باشند، آن جسم بار منفی دارد. به همین ترتیب، اگر اتمهایی که یک جسم را به عنوان یک کل تشکیل میدهند، الکترونهای کمتری نسبت به پروتونها داشته باشند، آن جسم بار مثبت دارد.
بسیاری از اجسامی که در زندگی روزمره با آنها مواجه میشویم، اساساً از نظر الکتریکی خنثی هستند. با این حال، این اجسام را میتوان از نظر الکتریکی باردار کرد. تبدیل یک جسم خنثی به یک جسم باردار میتواند از طریق اصطکاک یا القا انجام شود. در آزمایش بار الکتریکی، توضیح دادیم که چگونه میتوان یک جسم خنثی را از طریق اصطکاک با جسم دیگر به یک جسم باردار تبدیل کرد. در آزمایش مربوط به باردار کردن یک جسم از طریق القا، همچنین فرآیند تبدیل یک جسم خنثی به یک جسم باردار از طریق القا را مورد بحث قرار دادیم. در روش اصطکاک، جسمی که قرار است باردار شود با جسم دیگری تماس داده میشود، در حالی که در روش القا، جسمی که قرار است باردار شود لمس نمیشود، بلکه به سادگی به جسم باردار الکتریکی دیگری نزدیک میشود.
پلاستیکی که در ابتدا خنثی بود، پس از مالیده شدن با خز یا موی خشک، دارای بار الکتریکی میشود. شواهدی مبنی بر اینکه پلاستیک دارای بار الکتریکی شده است، این است که دو میله پلاستیکی که قبلاً با خز یا موی خشک مالش داده شدهاند، یکدیگر را دفع میکنند. دو میله پلاستیکی یکدیگر را دفع میکنند زیرا هر دو بار یکسانی دارند. همانطور که در مبحث بار الکتریکی توضیح داده شد ، طبق توافقی که بر اساس پیشنهاد بنجامین فرانکلین (1706-1790) انجام شده است، بار الکتریکی پلاستیک منفی تعیین میشود. پلاستیک دارای بار منفی است زیرا تعداد کلی الکترونهای موجود در پلاستیک بیشتر از تعداد پروتونها است. در ابتدا، پلاستیک خنثی است، بنابراین میتوان نتیجه گرفت که الکترونهای اضافی که پلاستیک در حال حاضر دارد، از خز یا موی خشک آمدهاند. الکترونهای موجود در خز یا مو در طول اصطکاک بین پلاستیک و خز یا مو به سمت پلاستیک حرکت میکنند. خز در ابتدا خنثی است، بنابراین وقتی الکترونهای آن به سمت پلاستیک حرکت میکنند، خز فاقد الکترون و دارای پروتون اضافی است. خز دارای پروتون اضافی است، بنابراین خز دارای بار مثبت میشود. پس از اصطکاک، پلاستیک بار منفی و خز بار مثبت پیدا میکند.
تعداد الکترونهای منتقلشده از خز به پلاستیک برابر با تعداد الکترونهای از دسترفته از پلاستیک است. پس از اصطکاک، پلاستیک الکترونهای اضافی دارد، بنابراین بار منفی پیدا میکند، در حالی که مو کمبود الکترون پیدا میکند، بنابراین بار مثبت پیدا میکند. بار خالص روی پلاستیک = تعداد الکترونها - تعداد پروتونها. به همین ترتیب، بار خالص پر = تعداد پروتونها - تعداد الکترونها. در طول اصطکاک هیچ باری از دست نمیرود و هیچ باری هم ایجاد نمیشود، آنچه اتفاق میافتد انتقال بار است. پلاستیک بار منفی و پر بار مثبت پیدا میکند. بنابراین بار الکتریکی ابدی است.
قانون پایستگی بار الکتریکی بیان میکند که در یک سیستم بسته، بار الکتریکی نه ایجاد میشود و نه از بین میرود، بلکه فقط از یک جسم به جسم دیگر منتقل میشود. وقتی یک جسم بار مثبت پیدا میکند، جسم دیگر همزمان بار منفی پیدا میکند و هر جسم بار خالص یکسانی دارد. سیستم بسته در عبارت بالا به صورت زیر نشان داده شده است. به عنوان مثال، وقتی پلاستیک و پر به یکدیگر مالیده میشوند، فرض میشود که انتقال بار الکتریکی فقط بین پلاستیک و پر رخ میدهد. بنابراین فقط پر و پلاستیک با یکدیگر تعامل دارند. در واقعیت، هوا در اطراف ما وجود دارد، بنابراین هوا نیز در فرآیند اصطکاک بین پلاستیک و پر دخیل است. اگر هوا نیز در نظر گرفته شود، قانون پایستگی بار همچنان در مورد پلاستیک، پر و هوا صدق میکند. اگر پس از اصطکاک، پلاستیک مثلاً ۵ برابر بار منفی بگیرد و پر مثلاً ۳ برابر بار منفی بگیرد، هوای اطراف نیز ۲ برابر بار منفی میگیرد. بنابراین بار الکتریکی کل بین این سه جسم در حال تعامل صفر است. اگر فقط پلاستیک و پر با یکدیگر برهمکنش داشته باشند، وقتی پلاستیک ۵ برابر بار منفی پیدا میکند، پر ۵ برابر بار مثبت پیدا میکند، بنابراین بار الکتریکی کل پلاستیک و پر صفر است. بارهای ۲، ۳ یا ۵ فقط مثال هستند. در واقعیت، مقدار بار الکتریکی آنقدر زیاد نیست، بلکه مضربی از بار یک الکترون یا یک پروتون است. لطفاً موضوع را مطالعه کنید. بار الکتریکی برای روشن شدن درک شما از میزان بار الکتریکی یک جسم.
