Material de carga elétrica
Observe um dos objetos ao seu redor. Se você destruir um objeto, por exemplo, uma pedra, ela se partirá em vários pedaços menores. Se a pedra for esmagada novamente, ela se transformará em pedaços ainda menores. E se os pedaços da pedra forem esmagados mais uma vez? Claro, os pedaços da pedra serão esmagados e transformados em pedaços ainda menores. Será que as pedras podem ser divididas em pedaços ainda menores até se tornarem infinitas? O fato é que qualquer objeto, se dividido em pedaços menores, chegará a um ponto em que a menor parte do objeto não poderá mais ser dividida em pedaços menores. A menor parte de um objeto que não pode ser dividida ainda mais é chamada de átomo. Portanto, um átomo é a menor parte de toda a matéria no universo.
Carga elétrica nos átomos
Os átomos são compostos por elétrons, prótons e nêutrons. Prótons e nêutrons formam o núcleo atômico, que mede aproximadamente 10⁻¹⁵ metros . Os elétrons estão localizados fora do núcleo e orbitam-no como planetas orbitam o Sol. Supondo que o diâmetro de um átomo seja de vários quilômetros, o núcleo tem aproximadamente o tamanho de uma bola de bilhar, com os elétrons localizados dentro do núcleo, a uma distância de aproximadamente 10⁻¹⁰ metros . Entre o núcleo e um elétron existe espaço vazio.
Elétrons com carga negativa estão localizados nas bordas do átomo, e prótons com carga positiva estão localizados no núcleo. Para manter os elétrons orbitando o núcleo e impedindo que escapem do átomo, o núcleo com carga positiva deve exercer uma força atrativa sobre os elétrons. Essa força, que mantém os elétrons orbitando o núcleo e os impede de escapar, é chamada de força elétrica.
Por outro lado, dentro do núcleo atômico existem prótons com carga positiva, que naturalmente se repelem por terem a mesma carga. Para manter os prótons unidos no núcleo atômico e impedir que se separem do átomo, é necessária uma força que os mantenha juntos. Essa força que mantém os prótons unidos no núcleo atômico é chamada de força nuclear.
A massa de um próton é quase a mesma que a massa de um nêutron. Aproximadamente 99,9% da massa de um átomo está concentrada no núcleo, enquanto os elétrons têm uma massa muito pequena. A massa de um elétron (m<sub> e</sub> ) = 9,1093897 x 10 <sup>-31</sup> kg, a massa de um nêutron (m <sub>n</sub> ) = 1,6749286 x 10<sup> -27 </sup> kg e a massa de um próton (m<sub> p</sub> ) = 1,6726231 x 10<sup> -27</sup> kg.
Quantidade de carga elétrica
Os elétrons possuem carga negativa, os prótons possuem carga positiva e os nêutrons são eletricamente neutros. Os prótons e nêutrons que compõem o núcleo atômico são formados por quarks, que possuem cargas aproximadamente 1/3 e 2/3 da carga dos elétrons, respectivamente. Os quarks são as menores partículas que compõem os átomos, mas até o momento, não foram encontrados quarks isolados como partículas individuais.
A magnitude da carga do elétron ou do próton é a unidade básica de carga. A magnitude da carga elétrica de um objeto é um múltiplo da carga do elétron ou do próton. Isso é chamado de carga quantizada . Por exemplo, se a menor denominação de moeda que usamos é 100 rupias, então a quantia de dinheiro que uma pessoa possui é expressa em múltiplos dessa menor denominação, ou seja, 100 rupias. Por exemplo, a quantia do meu dinheiro é 100.000 e esses 100.000 podem ser divididos por 100. Seria estranho se a quantia do meu dinheiro fosse 100.002, porque não existe uma denominação de 2 rupias. Da mesma forma, a quantidade de carga de um objeto. A quantidade de carga de um elétron é -e e a quantidade de carga de um próton é +e. A quantidade de carga de um objeto é um múltiplo de e ou 1,60 x 10⁻¹⁹ Coulomb e pode ser expressa por Q = ±Ne. Q = quantidade de carga, ± representa o tipo de carga, N = número inteiro, e = 1,60 x 10 -19 Coulomb.
Carga elétrica em objetos
Se um átomo possui o mesmo número de elétrons e prótons, então a carga elétrica total do átomo é zero, e o átomo é neutro, ou seja, não possui carga elétrica. O número de prótons ou elétrons em um átomo neutro é chamado de número atômico (Z) . Se houver mais elétrons do que prótons, o átomo é negativamente carregado. Por outro lado, se houver menos elétrons do que prótons, o átomo é positivamente carregado. Átomos negativamente carregados são chamados de íons negativos , enquanto átomos positivamente carregados são chamados de íons positivos . O processo de absorção ou liberação de elétrons de um átomo é chamado de ionização . Quando dizemos que um átomo está carregado, nos referimos à carga total ou carga líquida. Por exemplo, um átomo tem 10 elétrons e 7 prótons. Este átomo é negativamente carregado porque possui 3 elétrons em excesso, que são negativos. Portanto, a carga líquida deste átomo é 3, e o tipo de carga atômica é negativa. Os números 3, 7 e 10 são apenas exemplos para facilitar a compreensão. Na realidade, a quantidade de carga elétrica de um objeto é um múltiplo da carga do elétron ou da carga do próton.
Se um objeto possui o mesmo número de elétrons e prótons, então ele é neutro ou não possui carga elétrica. Se um objeto possui mais elétrons do que prótons, então ele possui carga negativa; inversamente, se um objeto possui menos elétrons do que prótons, então ele possui carga positiva. Um objeto inicialmente neutro pode se tornar negativamente carregado pela adição de elétrons, enquanto um objeto pode se tornar positivamente carregado pela remoção de elétrons.
