Materijal za električni naboj
Molimo vas da promatrate jedan od objekata oko sebe. Ako uništite neki objekt, na primjer stijenu, stijena će se raspasti na nekoliko manjih komada. Ako se stijena ponovno zdrobi, stijena će se pretvoriti u još manje komade. Što ako se komadi stijene ponovno zdrobe? Naravno, komadi stijene se zdrobe i pretvore u još manje komade. Može li se stijene podijeliti na još manje komade dok ne postanu beskonačne? Činjenica pokazuje da će bilo koji objekt, ako se podijeli na manje komade, doći do točke u kojoj se najmanji dio objekta ne može podijeliti na još manje komade. Najmanji dio objekta koji se ne može dalje dijeliti naziva se atom. Dakle, atom je najmanji dio svake materije u svemiru.
Električni naboj u atomima
Atomi se sastoje od elektrona, protona i neutrona. Protoni i neutroni tvore atomsku jezgru, koja mjeri otprilike 10-15 metara . Elektroni se nalaze izvan jezgre i kruže oko nje poput planeta koji kruže oko Sunca. Pod pretpostavkom da je promjer atoma nekoliko kilometara, jezgra je otprilike veličine bilijarske kugle, s elektronima smještenim unutar jezgre, dosežući udaljenost od otprilike 10-10 metara . Između jezgre i elektrona nalazi se prazan prostor.
Negativno nabijeni elektroni nalaze se na rubovima atoma, a pozitivno nabijeni protoni nalaze se u jezgri. Da bi elektroni kružili oko jezgre i ne bi li pobjegli iz atoma, pozitivno nabijena jezgra mora djelovati privlačnom silom na elektrone. Ta sila, koja drži elektrone u orbiti oko jezgre i sprječava njihov bijeg, naziva se električna sila.
Suprotno tome, unutar atomske jezgre nalaze se pozitivno nabijeni protoni, pa se oni prirodno odbijaju jer imaju isti naboj. Da bi se protoni održali zajedno u atomskoj jezgri i spriječilo njihovo odvajanje od atoma, mora ih držati zajedno sila. Sila koja drži protone zajedno u atomskoj jezgri naziva se nuklearna sila.
Masa protona gotovo je jednaka masi neutrona. Otprilike 99,9% mase atoma koncentrirano je u jezgri, dok elektroni imaju vrlo malu masu. Masa elektrona (m e ) = 9,1093897 x 10 -31 kg, masa neutrona (m n ) = 1,6749286 x 10 -27 kg, a masa protona (m p ) = 1,6726231 x 10 -27 kg.
Količina električnog naboja
Elektroni su negativno nabijeni, protoni su pozitivno nabijeni, a neutroni su električno neutralni. Protoni i neutroni koji čine atomsku jezgru sastavljeni su od kvarkova, koji imaju naboje približno 1/3 i približno 2/3 puta veće od naboja elektrona. Kvarkovi su najmanje čestice koje čine atome, ali do sada nije utvrđeno da kvarkovi postoje samostalno kao pojedinačne čestice.
Veličina naboja elektrona ili naboja protona osnovna je jedinica naboja. Veličina električnog naboja objekta višekratnik je naboja elektrona ili naboja protona. To se naziva kvantizirani naboj . Na primjer, ako je najmanja apoen valute koju koristimo 100 rupija, tada se iznos novca koji osoba ima izražava u višekratnicima najmanje valute, naime 100 rupija. Na primjer, iznos mog novca je 100.000 i tih 100.000 može se podijeliti sa 100. Bilo bi čudno da je iznos mog novca 100.002 jer ne postoji apoen od 2 rupije. Slično tome, količina naboja objekta. Količina naboja elektrona je -e, a količina naboja protona je +e. Količina naboja objekta višekratnik je e ili 1,60 x 10 -19 Coulombova i može se izraziti kao Q = ±Ne. Q = količina naboja, ± predstavlja vrstu naboja, N = cijeli broj, e = 1,60 x 10⁻¹⁴ Coulomb.
Električni naboj u objektima
Ako atom ima isti broj elektrona kao protona, tada je ukupni električni naboj u atomu nula, a atom je neutralan, što znači da nema električni naboj. Broj protona ili elektrona u neutralnom atomu naziva se atomski broj (Z) . Ako ima više elektrona nego protona, atom je negativno nabijen. Obrnuto, ako ima manje elektrona nego protona, atom je pozitivno nabijen. Negativno nabijeni atomi nazivaju se negativni ioni , dok se pozitivno nabijeni atomi nazivaju pozitivni ioni . Proces apsorpcije ili otpuštanja elektrona iz atoma naziva se ionizacija . Kada kažemo da je atom nabijen, mislimo na ukupni naboj ili neto naboj. Na primjer, atom ima 10 elektrona i 7 protona. Ovaj atom je negativno nabijen jer ima 3 višak negativno nabijenih elektrona. Dakle, neto naboj ovog atoma je 3, a vrsta atomskog naboja je negativna. Brojevi 3, 7, 10 su samo primjeri radi lakšeg razumijevanja. U stvarnosti, količina električnog naboja objekta je višekratnik naboja elektrona ili naboja protona.
Ako objekt ima jednako elektrona kao i protona, tada je objekt neutralan ili nema električni naboj. Ako objekt ima više elektrona nego protona, tada ima negativni naboj, obrnuto, ako objekt ima manje elektrona nego protona, tada ima pozitivan naboj. Objekt koji je u početku bio neutralan može se negativno nabiti dodavanjem elektrona, dok se objekt može pozitivno nabiti smanjenjem broja elektrona u objektu.
