Atomlardaki elektrik yükü hakkında makale
Lütfen çevrenizdeki nesnelerden birini gözlemleyin. Örneğin, bir taşı yok ederseniz, taş daha küçük parçalara ayrılır. Taşın bir parçası tekrar yok edilirse, taş parçaları daha küçük parçalara dönüşür. Peki ya taş tekrar yok edilirse? Elbette, taş daha küçük olur. Taşlar sonsuza kadar daha küçük parçalara ayrılabilir mi? Gerçeklik, bir nesnenin daha küçük parçalara ayrılmasının, nesnenin en küçük parçasının daha küçük parçalara ayrılamayacağı bir noktaya ulaşacağını gösterir. Bir nesnenin bölünemeyen en küçük parçasına atom denir. Dolayısıyla, atomlar evrendeki her maddenin en küçük parçasıdır.
Atomlar elektronlardan, protonlardan ve nötronlardan oluşur. Protonlar ve nötronlar yaklaşık 10-15 metre uzunluğunda atom çekirdeklerini oluşturur. Elektronlar çekirdeğin dışındadır ve tıpkı gezegenlerin güneşin etrafında dönmesi gibi atom çekirdeğinin etrafında hareket ederler. Atomun çapının birkaç kilometre olduğu varsayılırsa, atom çekirdeği bir bilardo topu büyüklüğündedir.
Elektronlar çekirdek ile elektronlar arasında bulunur ve çekirdekten yaklaşık 10⁻¹⁰ metre uzaklığa kadar ulaşırlar. Çekirdek ile bir elektron arasında boşluk vardır.
Negatif yüklü elektronlar atomların kenarlarında, pozitif yüklü protonlar ise atom çekirdeğinde bulunur. Elektronların çekirdek etrafında dönmeye devam etmesi ve atomdan ayrılmaması için, pozitif yüklü atom çekirdeği elektron üzerinde çekici bir kuvvet uygulamalıdır. Elektronları çekirdek etrafında kalmaya ve atomdan ayrılmamaya zorlayan bu kuvvete elektrik kuvveti denir.
Öte yandan, atom çekirdeğinin içinde pozitif yüklü protonlar bulunur; bu nedenle protonlar aynı yüke sahip oldukları için birbirlerini iterler. Protonların çekirdekte bir arada kalması ve atomdan ayrılmaması için, protonları birleştiren bir kuvvet olmalıdır. Protonları atom çekirdeğinde bir arada tutan bu kuvvete nükleer kuvvet denir.
Protonun kütlesi neredeyse nötronun kütlesiyle aynıdır. Atom kütlesinin yaklaşık %99.9'u atom çekirdeğinde yoğunlaşırken, elektronların kütleleri çok küçüktür. Elektronun kütlesi (me) = 9.1093897 x 10⁻³¹ kg , nötronun kütlesi (mn) = 1.6749286 x 10⁻²⁷ kg , protonun kütlesi (mp) = 1.6726231 x 10⁻²⁷ kg.
Elektrik miktarı
Elektronlar negatif, protonlar pozitif ve nötronlar nötrdür. Protonlar veya nötronlar, elektronların yükünün ± 1/3 ve ± 2/3 katı yüke sahip kuarklardan oluşur. Kuarklar, atomları oluşturan en küçük parçacıklardır, ancak şimdiye kadar kuarkların tek başına, tek parçacık olarak bulundukları tespit edilmemiştir.
Elektron yükü veya proton yükü, temel yük birimidir. Bir cismin elektrik yükü, elektron yükünün veya proton yükünün bir katıdır. Buna kuantize yük denir. Örneğin, kullandığımız para biriminin en küçük kesri 1 ise, bir kişinin sahip olduğu para miktarı, en küçük kesrin katları olarak 1'dir. Örneğin, paramın miktarı 2 ve 3'tür.
Bir elektronun yükü –e, bir protonun yükü ise +e'dir. Bir cismin yükü, e'nin veya 1.60 x 10⁻¹⁹ Coulomb'un bir katıdır ve Q = ± Ne şeklinde ifade edilebilir. Burada Q = yük sayısı, ± yük türünü temsil eder, N = tam sayı, e = 1.60 x 10⁻¹⁹ Coulomb'dur.
Nesnelerdeki elektrik yükü
Bir atomun proton sayısı kadar elektronu varsa, atomdaki toplam elektrik yükü sıfırdır ve bu atom nötr veya elektrik yüklü değildir. Nötr bir atomdaki proton veya elektron sayısına atom numarası (Z) denir. Elektron sayısı proton sayısından fazlaysa, atom negatif yüklüdür. Tersine, elektron sayısı proton sayısından azsa, pozitif yüklüdür. Negatif yüklü atomlara negatif iyonlar, pozitif yüklü atomlara ise pozitif iyonlar denir. Bir atomdan elektron alma veya verme işlemine iyonlaşma denir. Bir atomun yüklü olduğunu söylediğimizde, kastedilen net yüktür. Örneğin, bir atomun 10 elektronu ve 7 protonu vardır. Bu atom, 3 elektron fazlalığı nedeniyle negatif yüklüdür. Dolayısıyla, bu atomun net yükü 3'tür ve bu tür atomik yük negatiftir. Şekil 3, 7, 10 sadece anlamayı kolaylaştırmak için örneklerdir. Gerçekte, bir cismin elektrik yükü miktarı, elektron yükünün veya proton yükünün bir katıdır.
Bir cismin elektron sayısı proton sayısına eşitse, cisim nötrdür veya elektriksel olarak yüklü değildir. Bir cismin elektron sayısı proton sayısından fazlaysa, cisim negatif yüklüdür; elektron sayısı proton sayısından azsa, cisim pozitif yüklüdür. Başlangıçta nötr olan cisimler, elektron eklenerek negatif yüklü hale getirilebilir. Aksi takdirde, cisimler elektron sayısı azaltılarak pozitif yüklü hale getirilebilir.
