Material za električni naboj
Prosim, opazujte enega od predmetov okoli sebe. Če uničite predmet, na primer skalo, se bo skala razcepila na več manjših koščkov. Če skalo ponovno zdrobite, se bo skala spremenila v še manjše koščke. Kaj pa, če se koščki skale ponovno zdrobijo? Seveda se koščki skale zdrobijo in spremenijo v še manjše koščke. Ali je mogoče kamnine deliti na še manjše koščke, dokler ne postanejo neskončne? Dejstvo kaže, da bo vsak predmet, če ga razdelimo na manjše koščke, prišel do točke, ko najmanjšega dela predmeta ni mogoče razdeliti na manjše koščke. Najmanjši del predmeta, ki ga ni mogoče več deliti, se imenuje atom. Atom je torej najmanjši delček vsake snovi v vesolju.
Električni naboj v atomih
Atomi so sestavljeni iz elektronov, protonov in nevtronov. Protoni in nevtroni tvorijo atomsko jedro, ki meri približno 10–15 metrov . Elektroni se nahajajo zunaj jedra in krožijo okoli njega kot planeti krožijo okoli Sonca. Če predpostavimo, da je premer atoma nekaj kilometrov, je jedro približno veliko kot biljardna krogla, elektroni pa se nahajajo znotraj jedra in segajo na razdaljo približno 10–10 metrov . Med jedrom in elektronom je prazen prostor.
Negativno nabiti elektroni se nahajajo na robovih atoma, pozitivno nabiti protoni pa v jedru. Da elektroni krožijo okoli jedra in ne uhajajo iz atoma, mora pozitivno nabito jedro izvajati privlačno silo na elektrone. Ta sila, ki elektrone ohranja v orbiti okoli jedra in jim preprečuje uhajanje, se imenuje električna sila.
Nasprotno pa so v atomskem jedru pozitivno nabiti protoni, zato se naravno odbijajo, ker imajo enak naboj. Da bi protoni ostali skupaj v atomskem jedru in se preprečila njihova ločitev od atoma, jih mora držati skupaj sila. Sila, ki drži protone skupaj v atomskem jedru, se imenuje jedrska sila.
Masa protona je skoraj enaka masi nevtrona. Približno 99,9 % mase atoma je skoncentriranih v jedru, medtem ko imajo elektroni zelo majhno maso. Masa elektrona (m e ) = 9,1093897 x 10⁻⁷ kg, masa nevtrona (m n ) = 1,6749286 x 10⁻²⁷ kg in masa protona (m p ) = 1,6726231 x 10⁻²⁷ kg.
Količina električnega naboja
Elektroni so negativno nabiti, protoni so pozitivno nabiti, nevtroni pa so električno nevtralni. Protoni in nevtroni, ki sestavljajo atomsko jedro, so sestavljeni iz kvarkov, ki imajo naboj približno 1/3 in približno 2/3-krat večji od naboja elektronov. Kvarki so najmanjši delci, ki sestavljajo atome, vendar doslej še niso odkrili, da bi kvarki obstajali sami kot posamezni delci.
Velikost naboja elektrona ali naboja protona je osnovna enota naboja. Velikost električnega naboja predmeta je večkratnik naboja elektrona ali naboja protona. Temu pravimo kvantiziran naboj . Če je na primer najmanjša vrednost valute, ki jo uporabljamo, 100 rupij, potem je znesek denarja, ki ga ima oseba, izražen v večkratnikih najmanjše valute, in sicer 100 rupij. Na primer, znesek mojega denarja je 100.000 in teh 100.000 lahko delimo s 100. Bilo bi nenavadno, če bi bil znesek mojega denarja 100.002, ker ni apoena 2 rupij. Podobno je z nabojem predmeta. Naboj elektrona je -e, naboj protona pa +e. Naboj predmeta je večkratnik e ali 1,60 x 10⁻¹⁹ Coulombov in ga lahko izrazimo kot Q = ±Ne. Q = količina naboja, ± predstavlja vrsto naboja, N = celo število, e = 1,60 x 10⁻¹⁴ Coulomb.
Električni naboj v predmetih
Če ima atom enako število elektronov kot protonov, potem je skupni električni naboj v atomu nič in atom je nevtralen, kar pomeni, da nima električnega naboja. Število protonov ali elektronov v nevtralnem atomu se imenuje atomsko število (Z) . Če je elektronov več kot protonov, je atom negativno nabit. Nasprotno, če je elektronov manj kot protonov, je atom pozitivno nabit. Negativno nabiti atomi se imenujejo negativni ioni , pozitivno nabiti atomi pa pozitivni ioni . Proces absorpcije ali sproščanja elektronov iz atoma se imenuje ionizacija . Ko rečemo, da je atom nabit, mislimo na skupni naboj ali neto naboj. Na primer, atom ima 10 elektronov in 7 protonov. Ta atom je negativno nabit, ker ima 3 odvečne negativno nabite elektrone. Torej je neto naboj tega atoma 3, vrsta atomskega naboja pa je negativna. Številke 3, 7, 10 so le primeri za lažje razumevanje. V resnici je količina električnega naboja predmeta večkratnik naboja elektrona ali naboja protona.
Če ima predmet toliko elektronov kot protonov, potem je predmet nevtralen ali nima električnega naboja. Če ima predmet več elektronov kot protonov, potem ima predmet negativni naboj, in obratno, če ima predmet manj elektronov kot protonov, potem ima predmet pozitivni naboj. Predmet, ki je bil sprva nevtralen, lahko postane negativno nabit z dodajanjem elektronov, medtem ko lahko predmet postane pozitivno nabit z zmanjšanjem elektronov v predmetu.
