Bahan Cas Elektrik
Sila perhatikan salah satu objek di sekeliling anda. Jika anda memusnahkan sesuatu objek, contohnya batu, batu itu akan berpecah kepada beberapa kepingan yang lebih kecil. Jika batu itu dihancurkan semula, batu itu akan bertukar menjadi kepingan yang lebih kecil. Bagaimana jika kepingan batu itu dihancurkan semula? Sudah tentu, kepingan batu itu dihancurkan dan ditukar menjadi kepingan yang lebih kecil. Bolehkah batu dibahagikan kepada kepingan yang lebih kecil sehingga ia tidak terhingga? Hakikatnya menunjukkan bahawa sebarang objek jika dibahagikan kepada kepingan yang lebih kecil akan sampai ke titik di mana bahagian terkecil objek itu tidak boleh dibahagikan kepada kepingan yang lebih kecil. Bahagian terkecil objek yang tidak boleh dibahagikan lagi dipanggil atom. Jadi atom ialah bahagian terkecil setiap jirim di alam semesta.
Cas Elektrik dalam Atom
Atom terdiri daripada elektron, proton, dan neutron. Proton dan neutron membentuk nukleus atom, yang berukuran kira-kira 10-15 meter . Elektron terletak di luar nukleus dan mengorbitnya seperti planet mengorbit matahari. Dengan mengandaikan diameter atom adalah beberapa kilometer, nukleus adalah kira-kira saiz bola biliard, dengan elektron terletak di dalam nukleus, mencapai jarak kira-kira 10-10 meter . Antara nukleus dan elektron terdapat ruang kosong.
Elektron bercas negatif terletak di tepi atom, dan proton bercas positif terletak di dalam nukleus. Untuk memastikan elektron mengorbit nukleus dan tidak terlepas dari atom, nukleus bercas positif mesti mengenakan daya tarikan ke atas elektron. Daya ini, yang memastikan elektron mengorbit nukleus dan menghalangnya daripada terlepas, dipanggil daya elektrik.
Sebaliknya, di dalam nukleus atom terdapat proton yang bercas positif, jadi ia secara semula jadi menolak antara satu sama lain kerana ia mempunyai cas yang sama. Untuk memastikan proton bersama-sama dalam nukleus atom dan menghalangnya daripada terpisah daripada atom, satu daya mesti menyatukannya. Daya yang menyatukan proton dalam nukleus atom dipanggil daya nuklear.
Jisim proton hampir sama dengan jisim neutron. Kira-kira 99,9% daripada jisim atom tertumpu di dalam nukleus, manakala elektron mempunyai jisim yang sangat kecil. Jisim elektron (m e ) = 9,1093897 x 10 -31 kg, jisim neutron (m n ) = 1,6749286 x 10 -27 kg, dan jisim proton (m p ) = 1,6726231 x 10 -27 kg.
Kuantiti Cas Elektrik
Elektron bercas negatif, proton bercas positif, dan neutron adalah neutral elektrik. Proton dan neutron yang membentuk nukleus atom terdiri daripada kuark, yang mempunyai cas kira-kira 1/3 dan kira-kira 2/3 kali ganda daripada elektron. Kuark ialah zarah terkecil yang membentuk atom, tetapi setakat ini, kuark belum ditemui wujud secara bersendirian sebagai zarah tunggal.
Magnitud cas elektron atau cas proton ialah unit asas cas. Magnitud cas elektrik sesuatu objek ialah gandaan cas elektron atau cas proton. Ini dipanggil cas terkuantum . Contohnya, jika denominasi mata wang terkecil yang kita gunakan ialah 100 rupiah, maka jumlah wang yang dimiliki seseorang dinyatakan dalam gandaan mata wang terkecil, iaitu 100 rupiah. Contohnya, jumlah wang saya ialah 100.000 dan 100.000 ini boleh dibahagikan dengan 100. Adalah pelik jika jumlah wang saya ialah 100.002 kerana tiada denominasi 2 rupiah. Begitu juga, jumlah cas sesuatu objek. Jumlah cas elektron ialah -e dan jumlah cas proton ialah +e. Jumlah cas sesuatu objek ialah gandaan e atau 1,60 x 10 -19 Coulomb dan boleh dinyatakan melalui Q = ±Ne. Q = jumlah cas, ± mewakili jenis cas, N = integer, e = 1,60 x 10 -19 Coulomb.
Cas Elektrik dalam Objek
Jika atom mempunyai bilangan elektron yang sama dengan proton, maka jumlah cas elektrik dalam atom adalah sifar, dan atom tersebut adalah neutral, bermakna ia tidak mempunyai cas elektrik. Bilangan proton atau elektron dalam atom neutral dipanggil nombor atom (Z) . Jika terdapat lebih banyak elektron daripada proton, atom tersebut bercas negatif. Sebaliknya, jika terdapat lebih sedikit elektron daripada proton, atom tersebut bercas positif. Atom yang bercas negatif dipanggil ion negatif , manakala atom yang bercas positif dipanggil ion positif . Proses menyerap atau melepaskan elektron daripada atom dipanggil pengionan . Apabila kita mengatakan atom bercas, kita bermaksud jumlah cas atau cas bersih. Contohnya, atom mempunyai 10 elektron dan 7 proton. Atom ini bercas negatif kerana ia mempunyai 3 elektron bercas negatif berlebihan. Jadi cas bersih atom ini ialah 3, dan jenis cas atom adalah negatif. Nombor 3, 7, 10 hanyalah contoh untuk memudahkan pemahaman. Pada hakikatnya, jumlah cas elektrik sesuatu objek adalah gandaan cas elektron atau cas proton.
Jika sesuatu objek mempunyai elektron yang sama banyak dengan proton, maka objek tersebut adalah neutral atau tidak mempunyai cas elektrik. Jika sesuatu objek mempunyai lebih banyak elektron daripada proton maka objek tersebut mempunyai cas negatif, sebaliknya jika sesuatu objek mempunyai lebih sedikit elektron daripada proton maka objek tersebut mempunyai cas positif. Objek yang pada mulanya neutral boleh dijadikan bercas negatif dengan menambah elektron pada objek tersebut, manakala objek boleh dijadikan bercas positif dengan mengurangkan elektron dalam objek tersebut.
