Elektrisk lademateriale
Vennligst observer et av objektene rundt deg. Hvis du ødelegger et objekt, for eksempel en stein, vil steinen splittes i flere mindre biter. Hvis steinen knuses igjen, vil steinen bli til enda mindre biter. Hva om steinbitene knuses igjen? Steinbitene knuses selvfølgelig og blir til enda mindre biter. Kan steiner deles inn i enda mindre biter til de er uendelige? Faktum viser at ethvert objekt som deles inn i mindre biter, vil komme til et punkt der den minste delen av objektet ikke kan deles inn i mindre biter. Den minste delen av et objekt som ikke kan deles ytterligere kalles et atom. Så et atom er den minste delen av all materie i universet.
Elektrisk ladning i atomer
Atomer er bygd opp av elektroner, protoner og nøytroner. Protoner og nøytroner danner atomkjernen, som måler omtrent 10–15 meter . Elektroner befinner seg utenfor kjernen og går i bane rundt den slik planeter går i bane rundt solen. Forutsatt at diameteren til et atom er flere kilometer, er kjernen omtrent på størrelse med en biljardkule, med elektroner plassert inne i kjernen og som strekker seg over en avstand på omtrent 10–10 meter . Mellom kjernen og et elektron er det tomrom.
Negativt ladede elektroner befinner seg i kantene av atomet, og positivt ladede protoner befinner seg i kjernen. For at elektronene skal holde seg i bane rundt kjernen og ikke slippe ut fra atomet, må den positivt ladede kjernen utøve en tiltrekkende kraft på elektronene. Denne kraften, som holder elektronene i bane rundt kjernen og hindrer dem i å slippe ut, kalles den elektriske kraften.
Motsatt er det positivt ladede protoner inne i atomkjernen, så de frastøter hverandre naturlig fordi de har samme ladning. For å holde protonene sammen i atomkjernen og forhindre at de løsner fra atomet, må en kraft holde dem sammen. Kraften som holder protonene sammen i atomkjernen kalles kjernekraften.
Massen til et proton er nesten den samme som massen til et nøytron. Omtrent 99,9 % av atomets masse er konsentrert i kjernen, mens elektroner har en svært liten masse. Massen til et elektron (m e ) = 9,1093897 x 10⁻¹⁰⁰⁹ kg , massen til et nøytron (m n ) = 1,6749286 x 10⁻¹⁰⁰ kg , og massen til et proton (m p ) = 1,6726231 x 10⁻¹⁰⁰ kg.
Mengde elektrisk ladning
Elektroner er negativt ladet, protoner er positivt ladet, og nøytroner er elektrisk nøytrale. Protonene og nøytronene som utgjør atomkjernen er sammensatt av kvarker, som har ladninger omtrent 1/3 og omtrent 2/3 ganger elektronenes. Kvarker er de minste partiklene som utgjør atomer, men så langt har man ikke funnet at kvarker eksisterer alene som enkeltstående partikler.
Størrelsen på elektronladningen eller protonladningen er den grunnleggende enheten for ladning. Størrelsen på en gjenstands elektriske ladning er et multiplum av elektronladningen eller protonladningen. Dette kalles en kvantisert ladning . Hvis for eksempel den minste valutaen vi bruker er 100 rupiah, uttrykkes pengebeløpet en person har i multipler av den minste valutaen, nemlig 100 rupiah. For eksempel er beløpet mitt på 100 000, og disse 100 000 kan deles på 100. Det ville være rart om beløpet mitt på 100 002 var, fordi det ikke finnes noen valør på 2 rupiah. På samme måte gjelder ladningsmengden til en gjenstand. Ladningsmengden til et elektron er -e, og ladningsmengden til et proton er +e. Ladningsmengden til en gjenstand er et multiplum av e, eller 1,60 x 10⁻¹ Coulomb , og kan uttrykkes gjennom Q = ±Ne. Q = ladningsmengde, ± representerer ladningstypen, N = heltall, e = 1,60 x 10⁻⁹ Coulomb.
Elektrisk ladning i objekter
Hvis et atom har samme antall elektroner som protoner, er den totale elektriske ladningen i atomet null, og atomet er nøytralt, noe som betyr at det ikke har noen elektrisk ladning. Antallet protoner eller elektroner i et nøytralt atom kalles atomnummeret (Z) . Hvis det er flere elektroner enn protoner, er atomet negativt ladet. Omvendt, hvis det er færre elektroner enn protoner, er atomet positivt ladet. Negativt ladede atomer kalles negative ioner , mens positivt ladede atomer kalles positive ioner . Prosessen med å absorbere eller frigjøre elektroner fra et atom kalles ionisering . Når vi sier at et atom er ladet, mener vi den totale ladningen eller nettoladningen. For eksempel har et atom 10 elektroner og 7 protoner. Dette atomet er negativt ladet fordi det har 3 overskytende negativt ladede elektroner. Så nettoladningen til dette atomet er 3, og typen atomladning er negativ. Tallene 3, 7, 10 er bare eksempler for å gjøre det lettere å forstå. I virkeligheten er mengden elektrisk ladning til et objekt et multiplum av elektronladningen eller protonladningen.
Hvis et objekt har like mange elektroner som protoner, er objektet nøytralt eller har ingen elektrisk ladning. Hvis et objekt har flere elektroner enn protoner, har objektet en negativ ladning, og omvendt, hvis et objekt har færre elektroner enn protoner, har objektet en positiv ladning. Et objekt som i utgangspunktet var nøytralt, kan gjøres negativt ladet ved å legge til elektroner til objektet, mens et objekt kan gjøres positivt ladet ved å redusere elektronene i objektet.
