Rafhleðsluefni
Vinsamlegast fylgstu með einum af hlutunum í kringum þig. Ef þú eyðileggur hlut, til dæmis stein, mun steinninn klofna í nokkra smærri bita. Ef steinninn er mulinn aftur mun steinninn breytast í enn minni bita. Hvað ef steinbrotin eru mulin aftur? Auðvitað eru steinbrotin mulin og breytt í enn smærri bita. Er hægt að skipta steinum í enn smærri bita þar til þeir verða óendanlegir? Staðreyndin sýnir að ef hver hlutur er skipt í smærri bita mun hann komast á þann stað þar sem minnsti hluti hlutarins er ekki lengur hægt að skipta í smærri bita. Minnsti hluti hlutar sem ekki er hægt að skipta lengra kallast atóm. Þannig er atóm minnsti hluti alls efnis í alheiminum.
Rafhleðsla í atómum
Atóm eru samsett úr rafeindum, róteindum og nifteindum. Róteindir og nifteindir mynda kjarnann, sem er um það bil 10-15 metrar að stærð . Rafeindir eru staðsettar utan kjarnans og snúast um hann eins og reikistjörnur snúast um sólina. Miðað við að þvermál atóms sé nokkrir kílómetrar, þá er kjarninn á stærð við billjardkúlu, með rafeindir staðsettar innan kjarnans og ná um það bil 10-10 metra fjarlægð . Milli kjarnans og rafeindarinnar er tómarúm.
Neikvætt hlaðnar rafeindir eru staðsettar við jaðar frumeindarinnar en jákvætt hlaðnar róteindir eru staðsettar í kjarnanum. Til að halda rafeindum á braut um kjarnann og sleppi ekki út úr frumeindinni verður jákvætt hlaðni kjarninn að beita aðdráttarafli á rafeindirnar. Þessi kraftur, sem heldur rafeindum á braut um kjarnann og kemur í veg fyrir að þær sleppi, kallast rafkraftur.
Aftur á móti eru jákvætt hlaðnar róteindir inni í kjarnanum, þannig að þær hrinda hvor annarri frá sér vegna þess að þær hafa sömu hleðslu. Til að halda róteindunum saman í kjarnanum og koma í veg fyrir að þær losni frá atóminu verður kraftur að halda þeim saman. Krafturinn sem heldur róteindunum saman í kjarnanum kallast kjarnakraftur.
Massi róteinda er næstum sá sami og massi nifteinda. Um það bil 99,9% af massa atóms er einbeitt í kjarnanum, en rafeindir hafa mjög lítinn massa. Massi rafeinda (me ) = 9,1093897 x 10⁻⁹⁰⁰⁰ ( mn ) = 1,6749286 x 10⁻⁹⁰⁰ ( mp ) = 1,6726231 x 10⁻⁹⁰ ( kg).
Magn rafhleðslu
Rafeindir eru neikvætt hlaðnar, róteindir eru jákvætt hlaðnar og nifteindir eru rafmagnslega hlutlausar. Róteindir og nifteindir sem mynda kjarnann í atómi eru samsettar úr kvörkum, sem hafa hleðslu sem er um það bil 1/3 og um það bil 2/3 sinnum meiri en rafeindir. Kvarkar eru minnstu agnirnar sem mynda atóm, en hingað til hefur ekki fundist kvarkar einir og sér sem stakar agnir.
Stærð rafeindahleðslu eða róteindahleðslu er grunneining hleðslu. Stærð rafhleðslu hlutar er margfeldi af rafeindahleðslu eða róteindahleðslu. Þetta kallast skammtafræðileg hleðsla . Til dæmis, ef minnsta gjaldmiðill sem við notum er 100 rúpíur, þá er peningaupphæðin sem einstaklingur á tjáð í margfeldi af minnsta gjaldmiðlinum, þ.e. 100 rúpíur. Til dæmis er upphæðin mín 100.000 og þessi 100.000 er hægt að deila með 100. Það væri skrýtið ef upphæðin mín væri 100.002 því það er engin 2 rúpíur. Á sama hátt er upphæð hleðslu hlutar. Hleðsla rafeindar er -e og hleðslu róteinda er +e. Hleðsla hlutar er margfeldi af e eða 1,60 x 10-19 Coulomb og er hægt að tjá með Q = ±Ne. Q = magn hleðslu, ± táknar gerð hleðslunnar, N = heiltala, e = 1,60 x 10-19 Coulomb.
Rafhleðsla í hlutum
Ef atóm hefur sama fjölda rafeinda og róteindir, þá er heildarrafhleðslan í atóminu núll og atómið er hlutlaust, sem þýðir að það hefur enga rafhleðslu. Fjöldi róteinda eða rafeinda í hlutlausu atómi kallast sætistalan (Z) . Ef það eru fleiri rafeindir en róteindir er atómið neikvætt hlaðið. Aftur á móti, ef það eru færri rafeindir en róteindir, er atómið jákvætt hlaðið. Neikvætt hlaðin atóm eru kölluð neikvæðar jónir , en jákvætt hlaðin atóm eru kölluð jákvæð jónir . Ferlið við að gleypa eða losa rafeindir frá atómi kallast jónun . Þegar við segjum að atóm sé hlaðið, þá meinum við heildarhleðsluna eða nettóhleðsluna. Til dæmis hefur atóm 10 rafeindir og 7 róteindir. Þetta atóm er neikvætt hlaðið vegna þess að það hefur 3 umfram neikvætt hlaðnar rafeindir. Þannig að nettóhleðsla þessa atóms er 3 og gerð atómhleðslunnar er neikvæð. Tölurnar 3, 7, 10 eru bara dæmi til að auðvelda skilninginn. Í raun og veru er magn rafhleðslu hlutar margfeldi af hleðslu rafeinda eða róteinda.
Ef hlutur hefur jafn margar rafeindir og róteindir, þá er hann hlutlaus eða hefur enga rafhleðslu. Ef hlutur hefur fleiri rafeindir en róteindir þá er hann neikvætt hlaðinn, en ef hlutur hefur færri rafeindir en róteindir þá er hann jákvæður. Hlutur sem var upphaflega hlutlaus getur orðið neikvætt hlaðinn með því að bæta við rafeindum í hlutnum, en hlutur getur orðið jákvætt hlaðinn með því að minnka rafeindirnar í hlutnum.
