ค่าไฟฟ้า

บทความเกี่ยวกับประจุไฟฟ้าในอะตอม

โปรดสังเกตสิ่งของรอบตัวสักอย่าง หากคุณทำลายสิ่งของชิ้นหนึ่ง เช่น ก้อนหิน ก้อนหินจะแตกออกเป็นชิ้นเล็กๆ หากส่วนของก้อนหินถูกทำลายอีกครั้ง ชิ้นส่วนของก้อนหินก็จะเล็กลงไปอีก แล้วถ้าก้อนหินถูกทำลายอีกครั้งล่ะ? แน่นอนว่าก้อนหินก็จะเล็กลงไปอีก ก้อนหินสามารถแตกออกเป็นชิ้นเล็กๆ ได้มากขนาดไหน? ความเป็นจริงแสดงให้เห็นว่า การแบ่งวัตถุออกเป็นชิ้นเล็กๆ นั้น จะไปถึงจุดที่ส่วนที่เล็กที่สุดของวัตถุไม่สามารถแบ่งออกเป็นชิ้นเล็กกว่าได้อีก ส่วนที่เล็กที่สุดของวัตถุที่ไม่สามารถแบ่งออกได้นั้นเรียกว่า อะตอม ดังนั้น อะตอมจึงเป็นส่วนที่เล็กที่สุดของสสารทุกชนิดในจักรวาล

อะตอมประกอบด้วยอิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน โปรตอนและนิวตรอนรวมตัวกันเป็นนิวเคลียสของอะตอมซึ่งมีความยาวประมาณ 10–15 เมตร อิเล็กตรอนอยู่ด้านนอกนิวเคลียสและเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสของอะตอมคล้ายกับดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ หากสมมติว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมมีขนาดไม่กี่กิโลเมตร นิวเคลียสของอะตอมจะมีขนาดเท่าลูกบิลเลียด

และอิเล็กตรอนอยู่ระหว่างนิวเคลียสและอยู่ห่างจากแกนกลางประมาณ 10⁻¹⁰ ^เมตรระหว่างแกนกลางกับอิเล็กตรอนมีช่องว่างอยู่

อิเล็กตรอนที่มีประจุลบจะอยู่บริเวณขอบของอะตอม และโปรตอนที่มีประจุบวกจะอยู่ภายในนิวเคลียสของอะตอม เพื่อให้อิเล็กตรอนสามารถโคจรอยู่รอบนิวเคลียสและไม่หลุดออกจากอะตอมได้ นิวเคลียสที่มีประจุบวกจะต้องออกแรงดึงดูดต่ออิเล็กตรอน แรงที่ดึงดูดอิเล็กตรอนให้อยู่รอบนิวเคลียสและไม่สามารถแยกออกจากอะตอมได้เรียกว่า แรงไฟฟ้า

ในทางกลับกัน ภายในนิวเคลียสของอะตอมมีโปรตอนที่มีประจุบวก ดังนั้นโปรตอนจึงต้องผลักกันเนื่องจากมีประจุเดียวกัน เพื่อให้โปรตอนอยู่รวมกันในนิวเคลียสและไม่แยกตัวออกจากอะตอม ต้องมีแรงที่ยึดเหนี่ยวโปรตอนไว้ด้วยกัน แรงที่ยึดเหนี่ยวโปรตอนให้คงอยู่รวมกันในนิวเคลียสของอะตอมเรียกว่า แรงนิวเคลียร์

มวลของโปรตอนเกือบเท่ากับมวลของนิวตรอน ประมาณ 99.9% ของมวลอะตอมกระจุกตัวอยู่ที่นิวเคลียส ในขณะที่อิเล็กตรอนมีมวลน้อยมาก มวลของอิเล็กตรอน (me) = 9.1093897 x 10⁻³¹ ^{กิโลกรัม}มวลของนิวตรอน (mn) = 1.6749286 x 10⁻²⁷ ^{กิโลกรัม}มวลของโปรตอน (mp) = 1.6726231 x ^10⁻²⁷ กิโลกรัม

ปริมาณไฟฟ้า

อิเล็กตรอนมีประจุลบ โปรตอนมีประจุบวก และนิวตรอนเป็นกลาง โปรตอนหรือนิวตรอนประกอบด้วยควาร์ก ซึ่งมีประจุประมาณ ± 1/3 และ ± 2/3 เท่าของอิเล็กตรอน ควาร์กเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดที่ประกอบเป็นอะตอม แต่จนถึงปัจจุบันยังไม่พบควาร์กที่อยู่โดดเดี่ยวเป็นอนุภาคเดี่ยว

ปริมาณประจุอิเล็กตรอนหรือประจุโปรตอนเป็นหน่วยพื้นฐานของประจุประจุไฟฟ้าของวัตถุเป็นผลคูณของประจุอิเล็กตรอนหรือประจุโปรตอน นี่เรียกว่าประจุควอนตัม ตัวอย่างเช่น ถ้าเศษส่วนที่เล็กที่สุดของสกุลเงินที่เราใช้คือ 1 จำนวนเงินที่บุคคลมีในรูปผลคูณของสกุลเงินที่เล็กที่สุดก็คือ 1 เช่น จำนวนเงินของฉันคือ 2 และ 3

ปริมาณประจุของอิเล็กตรอนคือ –e และขนาดของประจุของโปรตอนคือ +e ปริมาณประจุของวัตถุเป็นพหุคูณของ e หรือ 1.60 x 10⁻¹⁹ ^คูลอมบ์ และสามารถแสดงได้ด้วย Q = ± Ne โดยที่ Q คือจำนวนประจุ, ± แทนชนิดของประจุ, N คือจำนวนเต็ม, e = 1.60 x 10⁻¹⁹ ^คูลอมบ์

ประจุไฟฟ้าในวัตถุ

ถ้าอะตอมมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน ประจุไฟฟ้ารวมในอะตอมนั้นจะเป็นศูนย์ และอะตอมนั้นจะเป็นกลางหรือไม่มีประจุไฟฟ้า จำนวนโปรตอนหรืออิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลางเรียกว่าเลขอะตอม (Z) ถ้าอิเล็กตรอนมีมากกว่าโปรตอน อะตอมนั้นจะมีประจุลบ ในทางกลับกัน ถ้าอิเล็กตรอนน้อยกว่าโปรตอน อิเล็กตรอนจะมีประจุบวก อะตอมที่มีประจุลบเรียกว่าไอออนลบ ในขณะที่อะตอมที่มีประจุบวกเรียกว่าไอออนบวก กระบวนการรับหรือปล่อยอิเล็กตรอนจากอะตอมเรียกว่าการแตกตัวเป็นไอออน เมื่อเราพูดว่าอะตอมมีประจุ หมายถึงประจุสุทธิ ตัวอย่างเช่น อะตอมหนึ่งมีอิเล็กตรอน 10 ตัวและโปรตอน 7 ตัว อะตอมนี้มีประจุลบเพราะมีอิเล็กตรอนเกิน 3 ตัว ดังนั้นประจุสุทธิของอะตอมนี้คือ 3 และประจุอะตอมชนิดนี้เป็นลบ รูปที่ 3, 7, 10 เป็นเพียงตัวอย่างเพื่อช่วยให้เข้าใจได้ง่ายขึ้น ในความเป็นจริง ปริมาณประจุไฟฟ้าของวัตถุจะเป็นผลคูณของประจุอิเล็กตรอนหรือประจุโปรตอน

ถ้าวัตถุมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากับจำนวนโปรตอน วัตถุนั้นจะเป็นกลางหรือไม่มีประจุไฟฟ้า แต่ถ้าวัตถุมีอิเล็กตรอนมากกว่าโปรตอน วัตถุนั้นจะมีประจุลบ ส่วนถ้าวัตถุมีอิเล็กตรอนน้อยกว่าโปรตอน วัตถุนั้นจะมีประจุบวก วัตถุที่เป็นกลางในตอนแรกสามารถทำให้มีประจุลบได้โดยการเพิ่มอิเล็กตรอนเข้าไปในวัตถุ ในทางกลับกัน วัตถุสามารถทำให้มีประจุบวกได้โดยการลดจำนวนอิเล็กตรอนในวัตถุ