மின்சார கட்டணம்

அணுக்களில் உள்ள மின்னூட்டம் பற்றிய கட்டுரை

உங்களைச் சுற்றியுள்ள பொருட்களில் ஒன்றைக் கவனியுங்கள். நீங்கள் ஒரு பொருளை, உதாரணமாக ஒரு கல்லை, உடைத்தால், அந்தக் கல் சிறிய துண்டுகளாகப் பிரிக்கப்படும். கல்லின் ஒரு பகுதி மீண்டும் உடைக்கப்பட்டால், கல் துண்டுகள் இன்னும் சிறிய துண்டுகளாக மாறும். மீண்டும் கல் உடைக்கப்பட்டால் என்னவாகும்? நிச்சயமாக, கல் இன்னும் சிறியதாகிவிடும். கற்களை மிகச் சிறிய துண்டுகளாகவோ அல்லது எண்ணற்ற துண்டுகளாகவோ உடைக்க முடியுமா? ஒரு பொருள் சிறிய துண்டுகளாகப் பிரிக்கப்படும்போது, ​​அதன் மிகச்சிறிய பகுதியை மீண்டும் சிறிய துண்டுகளாகப் பிரிக்க முடியாத ஒரு நிலையை அடையும் என்பதை யதார்த்தம் காட்டுகிறது. ஒரு பொருளின் பிரிக்க முடியாத மிகச்சிறிய பகுதி அணு என்று அழைக்கப்படுகிறது. எனவே, பிரபஞ்சத்தில் உள்ள ஒவ்வொரு பொருளின் மிகச்சிறிய பகுதியும் அணுக்களே ஆகும்.

அணுக்கள் எலக்ட்ரான்கள், புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களால் ஆனவை. புரோட்டான்களும் நியூட்ரான்களும் சேர்ந்து சுமார் 10–15 மீட்டர் நீளமுள்ள அணுக்கருக்களை உருவாக்குகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவிற்கு வெளியே அமைந்து, கோள்கள் சூரியனைச் சுற்றி வருவது போல அணுவின் அணுக்கருவைச் சுற்றி வருகின்றன. அணுவின் விட்டம் சில கிலோமீட்டர்கள் என்று வைத்துக்கொண்டால், அணுக்கருவானது ஒரு பில்லியர்டு பந்தின் அளவில் இருக்கும்.

மேலும் எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவிற்கும், மையக்கருவிலிருந்து சுமார் 10 ^{-10 மீட்டர் தொலைவிற்கும் இடையில் உள்ளன. மையக்கருவிற்கும் எலக்ட்ரானுக்கும் இடையில் வெற்றிடம் உள்ளது.}

எதிர்மின் சுமையுடைய எலக்ட்ரான்கள் அணுக்களின் விளிம்புகளிலும், நேர்மின் சுமையுடைய புரோட்டான்கள் அணுக்கருவிலும் அமைந்துள்ளன. எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவைச் சுற்றி வந்து, அணுவை விட்டு வெளியேறாமல் இருப்பதற்கு, நேர்மின் சுமையுடைய அணுக்கருவானது எலக்ட்ரான் மீது ஒரு கவர்ச்சி விசையைச் செலுத்த வேண்டும். எலக்ட்ரான்களை அணுக்கருவைச் சுற்றியே இருக்கச் செய்து, அணுவிலிருந்து பிரிக்க முடியாதபடி ஈர்க்கும் அந்த விசையே மின்விசை என்று அழைக்கப்படுகிறது.

மறுபுறம், அணுக்கருவின் உள்ளே நேர்மின் சுமையுடைய புரோட்டான்கள் உள்ளன. ஒரே மின்சுமை காரணமாக, புரோட்டான்கள் ஒன்றை ஒன்று விலக்க வேண்டும். புரோட்டான்கள் அணுக்கருவில் ஒன்றாக நிலைத்திருக்கவும், அணுவிலிருந்து பிரியாமல் இருக்கவும், அவற்றை ஒன்றிணைக்கும் ஒரு விசை இருக்க வேண்டும். அணுக்கருவில் புரோட்டான்களை ஒன்றாகப் பிணைக்கும் விசை, அணுக்கரு விசை என்று அழைக்கப்படுகிறது.

புரோட்டானின் நிறை நியூட்ரானின் நிறைக்கு ஏறக்குறைய சமமாக உள்ளது. அணு நிறையில் சுமார் 99.9% அணுக்கருவில் குவிந்துள்ளது, அதேசமயம் எலக்ட்ரான்கள் மிகச்சிறிய நிறைகளைக் கொண்டுள்ளன. எலக்ட்ரானின் நிறை (me) = 9.1093897 x 10⁻³¹ ^{கி.கி} , நியூட்ரானின் நிறை (mn) = 1.6749286 x 10⁻²⁷ ^{கி.கி} , புரோட்டானின் நிறை (mp) = 1.6726231 x ^10⁻²⁷ கி.கி.

மின்சாரத்தின் அளவு

எலக்ட்ரான்கள் எதிர்மறை மின்னூட்டம் கொண்டவை, புரோட்டான்கள் நேர்மறை மின்னூட்டம் கொண்டவை, மற்றும் நியூட்ரான்கள் நடுநிலை மின்னூட்டம் கொண்டவை. புரோட்டான்கள் அல்லது நியூட்ரான்கள் குவார்க்குகளால் ஆனவை; இந்தக் குவார்க்குகள் எலக்ட்ரான்களின் மின்னூட்டத்தைப் போல முறையே ± 1/3 மற்றும் ± 2/3 மடங்கு மின்னூட்டத்தைக் கொண்டுள்ளன. அணுக்களை உருவாக்கும் மிகச்சிறிய துகள்கள் குவார்க்குகள் ஆகும், ஆனால் இதுவரை, குவார்க்குகள் தனித்த துகள்களாகக் கண்டறியப்படவில்லை.

எலக்ட்ரான் மின்னூட்டம் அல்லது புரோட்டான் மின்னூட்டத்தின் அளவே மின்னூட்டத்தின் அடிப்படை அலகு ஆகும். ஒரு பொருளின் மின் மின்னூட்டம் என்பது எலக்ட்ரான் மின்னூட்டம் அல்லது புரோட்டான் மின்னூட்டத்தின் மடங்காகும். இது குவாண்டம் மின்னூட்டம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, நாம் பயன்படுத்தும் நாணயத்தின் மிகச்சிறிய பின்னம் 1 எனில், ஒருவரிடம் உள்ள பணத்தின் அளவு, அந்த மிகச்சிறிய நாணயத்தின் மடங்குகளில் 1 ஆக இருக்கும். உதாரணமாக, என்னிடம் உள்ள பணத்தின் அளவு 2 மற்றும் 3 ஆகும்.

ஒரு எலக்ட்ரானின் மின்னூட்ட அளவு –e மற்றும் ஒரு புரோட்டானின் மின்னூட்ட அளவு +e ஆகும். ஒரு பொருளின் மின்னூட்ட அளவு e-இன் மடங்காக அல்லது 1.60 x 10⁻¹⁹ கூலும்பாக இருக்கும், ^{மேலும்} அதனை Q = ± Ne எனக் குறிப்பிடலாம். இதில், Q = மின்னூட்டங்களின் எண்ணிக்கை, ± என்பது மின்னூட்டத்தின் வகையைக் குறிக்கிறது, N = முழு எண், e = 1.60 x 10⁻¹⁹ ^{கூலும்பு}.

பொருட்களில் உள்ள மின்னூட்டம்

ஒரு அணுவில் ஒரு புரோட்டானின் எண்ணிக்கைக்குச் சமமான எலக்ட்ரான்கள் இருந்தால், அந்த அணுவின் மொத்த மின்னூட்டம் பூஜ்ஜியமாகும், மேலும் அந்த அணு நடுநிலையானது அல்லது மின்னூட்டமற்றது. ஒரு நடுநிலை அணுவில் உள்ள புரோட்டான்கள் அல்லது எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை அணு எண் (Z) என்று அழைக்கப்படுகிறது. எலக்ட்ரான்கள் ஒரு புரோட்டானை விட அதிகமாக இருந்தால், அந்த அணு எதிர்மின்னூட்டம் பெற்றது. இதற்கு நேர்மாறாக, எலக்ட்ரான்கள் புரோட்டான்களை விட குறைவாக இருந்தால், அவை நேர்மின்னூட்டம் பெற்றவை. எதிர்மின்னூட்டம் பெற்ற அணுக்கள் எதிர் அயனிகள் என்றும், நேர்மின்னூட்டம் பெற்ற அணுக்கள் நேர் அயனிகள் என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன. ஒரு அணுவிலிருந்து எலக்ட்ரான்களைப் பெறும் அல்லது வெளியிடும் செயல்முறை அயனியாக்கம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒரு அணு மின்னூட்டம் பெற்றது என்று நாம் கூறும்போது, ​​அதன் நிகர மின்னூட்டத்தையே குறிப்பிடுகிறோம். எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு அணுவில் 10 எலக்ட்ரான்களும் 7 புரோட்டான்களும் உள்ளன. இந்த அணு எதிர்மின்னூட்டம் பெற்றது, ஏனெனில் இதில் 3 எலக்ட்ரான்கள் கூடுதலாக உள்ளன. எனவே, இந்த அணுவின் நிகர மின்னூட்டம் 3 ஆகும், மேலும் இந்த வகை அணு மின்னூட்டம் எதிர்மின்னூட்டம் ஆகும். படங்கள் 3, 7, 10 ஆகியவை புரிதலை எளிதாக்குவதற்கான எடுத்துக்காட்டுகள் மட்டுமே. உண்மையில், ஒரு பொருளின் மின்னூட்டத்தின் அளவு என்பது எலக்ட்ரான் மின்னூட்டம் அல்லது புரோட்டான் மின்னூட்டத்தின் மடங்காகும்.

ஒரு பொருளில் புரோட்டான்களின் எண்ணிக்கைக்குச் சமமான எலக்ட்ரான்கள் இருந்தால், அப்பொருள் நடுநிலையானது அல்லது மின்னூட்டம் அற்றது. ஒரு பொருளில் புரோட்டானை விட அதிகமான எலக்ட்ரான்கள் இருந்தால், அப்பொருள் எதிர்மின்னூட்டம் பெற்றது; மாறாக, ஒரு பொருளில் புரோட்டானை விட குறைவான எலக்ட்ரான்கள் இருந்தால், அப்பொருள் நேர்மின்னூட்டம் பெற்றது. தொடக்கத்தில் நடுநிலையாக இருந்த பொருள்களில் எலக்ட்ரான்களைச் சேர்ப்பதன் மூலம் அவற்றை எதிர்மின்னூட்டம் பெற்றவையாக மாற்றலாம். அல்லது, பொருள்களில் உள்ள எலக்ட்ரான்களைக் குறைப்பதன் மூலம் அவற்றை நேர்மின்னூட்டம் பெற்றவையாக மாற்றலாம்.