Elektros krūvio medžiaga
Prašome stebėti vieną iš aplinkinių objektų. Jei sunaikinsite objektą, pavyzdžiui, uolą, ji suskils į keletą mažesnių dalių. Jei uoliena vėl sutraiškoma, ji pavirs į dar mažesnius gabalus. O kas, jei uolienos gabalai vėl sutraiškomi? Žinoma, uolienos gabalai susmulkinami ir pavirsta į dar mažesnius gabalus. Ar uolienas galima dalyti į dar mažesnius gabalus, kol jos taps begalinės? Faktas rodo, kad bet kuris objektas, padalintas į mažesnius gabalus, pasieks tašką, kuriame mažiausios objekto dalies nebegalės būti padalinta į mažesnius gabalus. Mažiausia objekto dalis, kurios toliau negalima dalyti, vadinama atomu. Taigi atomas yra mažiausia kiekvienos materijos dalis visatoje.
Elektros krūvis atomuose
Atomai sudaryti iš elektronų, protonų ir neutronų. Protonai ir neutronai sudaro atomo branduolį, kurio skersmuo yra maždaug 10–15 metrų . Elektronai yra už branduolio ribų ir skrieja aplink jį kaip planetos aplink Saulę. Darant prielaidą, kad atomo skersmuo yra keli kilometrai, branduolys yra maždaug biliardo kamuoliuko dydžio, o elektronai yra branduolio viduje ir pasiekia maždaug 10–10 metrų atstumą . Tarp branduolio ir elektrono yra tuščia erdvė.
Neigiamai įkrauti elektronai yra atomo pakraščiuose, o teigiamai įkrauti protonai – branduolyje. Kad elektronai suktųsi aplink branduolį ir neištrūktų iš jo, teigiamai įkrautas branduolys turi veikti elektronus traukos jėga. Ši jėga, kuri laiko elektronus orbitoje aplink branduolį ir neleidžia jiems ištrūkti, vadinama elektrine jėga.
Ir atvirkščiai, atomo branduolyje yra teigiamai įkrautų protonų, todėl jie natūraliai vienas kitą stumia, nes turi tą patį krūvį. Kad protonai išliktų kartu atomo branduolyje ir neatsiskirtų nuo atomo, juos turi laikyti kartu jėga. Jėga, laikanti protonus kartu atomo branduolyje, vadinama branduolio jėga.
Protono masė yra beveik tokia pati kaip neutrono masė. Maždaug 99,9 % atomo masės yra sutelkta branduolyje, o elektronų masė yra labai maža. Elektrono masė (m e ) = 9,1093897 x 10⁻³³ kg , neutrono masė (m n ) = 1,6749286 x 10⁻³² kg , o protono masė (m p ) = 1,6726231 x 10⁻³² kg.
Elektros krūvio kiekis
Elektronai yra neigiamai įkrauti, protonai – teigiamai, o neutronai – elektriškai neutralūs. Atomo branduolį sudarantys protonai ir neutronai sudaryti iš kvarkų, kurių krūvis yra maždaug 1/3 ir maždaug 2/3 karto didesnis nei elektronų. Kvarkai yra mažiausios atomus sudarančios dalelės, tačiau iki šiol nebuvo nustatyta, kad kvarkai egzistuotų vieni kaip atskiros dalelės.
Elektrono arba protono krūvio dydis yra pagrindinis krūvio vienetas. Objekto elektros krūvio dydis yra elektrono arba protono krūvio kartotinis. Tai vadinama kvantiniu krūviu . Pavyzdžiui, jei mažiausia mūsų naudojama valiuta yra 100 rupijų, tai žmogaus turima pinigų suma išreiškiama mažiausios valiutos, t. y. 100 rupijų, kartotiniais. Pavyzdžiui, mano pinigų suma yra 100 000, ir šį 100 000 galima padalyti iš 100. Būtų keista, jei mano pinigų suma būtų 100 002, nes nėra 2 rupijų nominalo. Panašiai ir objekto krūvio dydis. Elektrono krūvio dydis yra -e, o protono krūvio dydis yra +e. Objekto krūvio dydis yra e kartotinis arba 1,60 x 10-19 Kulono ir gali būti išreikštas per Q = ±Ne. Q = krūvio kiekis, ± žymi krūvio tipą, N = sveikasis skaičius, e = 1,60 x 10⁻¹⁹ Kulono.
Elektros krūvis objektuose
Jei atomas turi tiek pat elektronų, kiek protonų, tai bendras atomo elektrinis krūvis lygus nuliui, o atomas yra neutralus, tai reiškia, kad jis neturi elektrinio krūvio. Protonų arba elektronų skaičius neutraliame atome vadinamas atominiu skaičiumi (Z) . Jei elektronų yra daugiau nei protonų, atomas yra neigiamai įkrautas. Ir atvirkščiai, jei elektronų yra mažiau nei protonų, atomas yra teigiamai įkrautas. Neigiamai įkrauti atomai vadinami neigiamais jonais , o teigiamai įkrauti atomai – teigiamais jonais . Elektronų absorbcijos arba išlaisvinimo iš atomo procesas vadinamas jonizacija . Kai sakome, kad atomas yra įkrautas, turime omenyje bendrą krūvį arba grynąjį krūvį. Pavyzdžiui, atomas turi 10 elektronų ir 7 protonus. Šis atomas yra neigiamai įkrautas, nes jis turi 3 neigiamai įkrautų elektronų perteklių. Taigi šio atomo grynasis krūvis yra 3, o atomo krūvio tipas yra neigiamas. Skaičiai 3, 7, 10 yra tik pavyzdžiai, kad būtų lengviau suprasti. Iš tikrųjų objekto elektrinio krūvio dydis yra elektrono arba protono krūvio kartotinis.
Jei objektas turi tiek pat elektronų, kiek protonų, jis yra neutralus arba neturi elektrinio krūvio. Jei objektas turi daugiau elektronų nei protonų, jis turi neigiamą krūvį, o atvirkščiai, jei objektas turi mažiau elektronų nei protonų, jis turi teigiamą krūvį. Objektas, kuris iš pradžių buvo neutralus, gali būti įkrautas neigiamai, pridedant prie jo elektronų, o objektas gali būti įkrautas teigiamai, redukuojant jame esančius elektronus.
