Artikkeli sähkövarausten säilymislaista
Jokainen maailmankaikkeuden materiaali koostuu atomeista. Atomit koostuvat protoneista, neutroneista ja elektroneista. Protonilla on positiivinen sähkövaraus; elektroneilla on negatiivinen sähkövaraus, neutroneilla ei ole sähkövarausta. Atomin sisällä on elektroneja, protoneja ja neutroneja. Jos elektronien lukumäärä on yhtä suuri kuin protonien lukumäärä, atomin kokonaisvaraus on nolla. Tällaiset atomit ovat sähköisesti neutraaleja. Jos elektronien lukumäärä on suurempi kuin protonien lukumäärä, atomista tulee negatiivisesti sähkövarautunut. Jos elektronien lukumäärä on pienempi kuin protonien lukumäärä, atomista tulee positiivisesti sähkövarautunut.
Jokainen materiaali koostuu atomeista, joten jos kappaleen muodostavissa atomeissa on yhtä paljon elektroneja kuin protoneja, kappale ei ole varautunut eikä neutraali. Kääntäen, jos atomeissa on enemmän elektroneja kuin protoneja, kappale on negatiivisesti varautunut. Samoin, jos atomeissa on vähemmän elektroneja kuin protoneja, kappale on positiivisesti varautunut.
Monet arkielämässä esiintyvät esineet ovat sähköisesti neutraaleja. Nämä esineet voidaan kuitenkin muuttaa sähköisesti varautuneiksi esineiksi. Neutraalien asioiden muuttaminen sähköisesti varautuneiksi voidaan tehdä kitkan tai induktion avulla. Kitkamenetelmässä sähköisesti ladattavat esineet saatetaan kosketuksiin muiden esineiden kanssa,
Päinvastoin, induktiomenetelmässä sähköisesti varautuneet kappaleet eivät ole kosketuksissa toisiinsa, vaan ovat vain lähellä muita sähköisesti varautuneita kappaleita.
Alun perin neutraali muovi varautuu sähköisesti kuivien hiusten kanssa hieromisen jälkeen. Todisteena muovin sähköisestä varauksesta on kaksi muovitankoa, joita on aiemmin hierottu kuivien hiusten kanssa ja jotka hylkivät toisiaan. Molemmat muovitangot hylkivät toisiaan, koska niillä on samanlaiset varaukset. Kuten sähkövarausta käsittelevässä aiheessa selitettiin, Benjamin Franklinin (1706-1790) neuvoihin perustuvan sopimuksen mukaan muovin sähkövaraus määritetään negatiiviseksi varaukseksi. Muovi on negatiivisesti varautunut, joten muovin elektronien kokonaismäärä on suurempi kuin protonien lukumäärä. Neutraalin muovin tapauksessa voidaan päätellä, että muovin ylimääräinen elektronien määrä tulee nyt hiuksista. Hiusten elektronit siirtyvät muoviin muovin ja hiusten välisen kitkan aikana. Hiukset ovat aluksi neutraaleja, joten kun elektronit siirtyvät muoviin, hiuksista puuttuu elektroneja ja ylimääräisiä protoneja. Muovi varautuu negatiivisesti ja hiukset positiivisesti.
Kitkan aikana ei mene varausta; varausta ei synny kitkan aikana, vaan tapahtuu varauksen siirtymistä. Muovi varautuu negatiivisesti ja hiukset positiivisesti.
Sähkövarausten säilymislaki sanoo, että suljetussa systeemissä sähkövarauksia ei synny tai häviä, vaan ne ainoastaan siirtyvät kappaleesta toiseen. Minkä tahansa prosessin tuottama sähkövaraus on nolla.
Kun kappale latautuu positiivisesti, samaan aikaan toinen kappale latautuu negatiivisesti, ja jokaisella kappaleella on samat nettovaraukset. Yllä olevan lauseen suljettu systeemi havainnollistetaan seuraavasti. Esimerkiksi kun muovi ja hiukset hankaavat toisiaan, sähkövarauksen siirtymisen katsotaan tapahtuvan vain muovin ja hiusten välillä, eikä siihen osallistu ilmaa.
