Materialul cu sarcină electrică
Te rog să observi unul dintre obiectele din jurul tău. Dacă distrugi un obiect, de exemplu o piatră, aceasta se va descompune în mai multe bucăți mai mici. Dacă roca este zdrobită din nou, aceasta se va transforma în bucăți și mai mici. Ce se întâmplă dacă bucățile de piatră sunt zdrobite din nou? Desigur, bucățile de piatră sunt zdrobite și transformate în bucăți și mai mici. Pot fi rocile împărțite în bucăți și mai mici până când devin infinite? Faptul arată că orice obiect, dacă este împărțit în bucăți mai mici, va ajunge într-un punct în care cea mai mică parte a obiectului nu mai poate fi divizată în bucăți mai mici. Cea mai mică parte a unui obiect care nu mai poate fi divizată se numește atom. Deci, un atom este cea mai mică parte a fiecărei materii din univers.
Sarcina electrică în atomi
Atomii sunt compuși din electroni, protoni și neutroni. Protonii și neutronii formează nucleul atomic, care măsoară aproximativ 10-15 metri . Electronii sunt situați în afara nucleului și orbitează în jurul acestuia așa cum planetele orbitează soarele. Presupunând că diametrul unui atom este de câțiva kilometri, nucleul are aproximativ dimensiunea unei bile de biliard, iar electronii sunt situați în interiorul nucleului, ajungând la o distanță de aproximativ 10-10 metri . Între nucleu și un electron există spațiu gol.
Electronii încărcați negativ sunt situați la marginile atomului, iar protonii încărcați pozitiv sunt situați în nucleu. Pentru ca electronii să orbiteze în jurul nucleului și să nu scape din atom, nucleul încărcat pozitiv trebuie să exercite o forță atractivă asupra electronilor. Această forță, care menține electronii în jurul nucleului și îi împiedică să scape, se numește forță electrică.
Invers, în interiorul nucleului atomic se află protoni încărcați pozitiv, așa că se resping în mod natural reciproc, deoarece au aceeași sarcină. Pentru a menține protonii împreună în nucleul atomic și a-i împiedica să se separe de atom, este necesară o forță care să-i țină împreună. Forța care ține protonii împreună în nucleul atomic se numește forță nucleară.
Masa unui proton este aproape aceeași cu masa unui neutron. Aproximativ 99,9% din masa unui atom este concentrată în nucleu, în timp ce electronii au o masă foarte mică. Masa unui electron (m e ) = 9,1093897 x 10⁻³¹ kg, masa unui neutron (m n ) = 1,6749286 x 10⁻²⁷ kg , iar masa unui proton (m p ) = 1,6726231 x 10⁻²⁷ kg.
Cantitatea de sarcină electrică
Electronii sunt încărcați negativ, protonii sunt încărcați pozitiv, iar neutronii sunt neutri din punct de vedere electric. Protonii și neutronii care alcătuiesc nucleul atomic sunt compuși din quarci, care au sarcini de aproximativ 1/3 și aproximativ 2/3 ori mai mari decât cele ale electronilor. Quarcii sunt cele mai mici particule care alcătuiesc atomii, dar până în prezent, nu s-a descoperit că quarcii există singuri ca particule individuale.
Mărimea sarcinii electronului sau a protonului este unitatea de bază a sarcinii. Mărimea sarcinii electrice a unui obiect este un multiplu al sarcinii electronului sau al protonului. Aceasta se numește sarcină cuantizată . De exemplu, dacă cea mai mică denominație monetară pe care o folosim este 100 de rupii, atunci suma de bani pe care o deține o persoană este exprimată în multipli ai celei mai mici monede, și anume 100 de rupii. De exemplu, suma banilor mei este 100.000, iar acești 100.000 pot fi împărțiți la 100. Ar fi ciudat dacă suma banilor mei ar fi 100.002, deoarece nu există o denominație de 2 rupii. La fel, sarcina unui obiect... Sarcina unui electron este -e, iar sarcina unui proton este +e. Sarcina unui obiect este un multiplu de e sau 1,60 x 10-19 Coulomb și poate fi exprimată prin Q = ±Ne. Q = cantitatea de sarcină, ± reprezintă tipul de sarcină, N = număr întreg, e = 1,60 x 10⁻¹⁹ Coulomb.
Sarcina electrică în obiecte
Dacă un atom are același număr de electroni ca și protoni, atunci sarcina electrică totală din atom este zero, iar atomul este neutru, adică nu are sarcină electrică. Numărul de protoni sau electroni dintr-un atom neutru se numește număr atomic (Z) . Dacă există mai mulți electroni decât protoni, atomul este încărcat negativ. Invers, dacă există mai puțini electroni decât protoni, atomul este încărcat pozitiv. Atomii încărcați negativ se numesc ioni negativi , în timp ce atomii încărcați pozitiv se numesc ioni pozitivi . Procesul de absorbție sau eliberare a electronilor dintr-un atom se numește ionizare . Când spunem că un atom este încărcat, ne referim la sarcina totală sau sarcina netă. De exemplu, un atom are 10 electroni și 7 protoni. Acest atom este încărcat negativ deoarece are 3 electroni încărcați negativ în exces. Deci, sarcina netă a acestui atom este 3, iar tipul de sarcină atomică este negativ. Numerele 3, 7, 10 sunt doar exemple pentru a facilita înțelegerea. În realitate, cantitatea de sarcină electrică a unui obiect este un multiplu al sarcinii electronului sau al sarcinii protonului.
Dacă un obiect are tot atâtea electroni câte protoni, atunci obiectul este neutru sau nu are sarcină electrică. Dacă un obiect are mai mulți electroni decât protoni, atunci obiectul are o sarcină negativă, invers, dacă un obiect are mai puțini electroni decât protoni, atunci obiectul are o sarcină pozitivă. Un obiect care a fost inițial neutru poate fi încărcat negativ prin adăugarea de electroni la obiect, în timp ce un obiect poate fi încărcat pozitiv prin reducerea electronilor din obiect.
