Vật liệu tích điện
Hãy quan sát một trong những vật thể xung quanh bạn. Nếu bạn phá hủy một vật thể, ví dụ như một tảng đá, tảng đá sẽ vỡ thành nhiều mảnh nhỏ hơn. Nếu tảng đá bị nghiền nát thêm một lần nữa, nó sẽ vỡ thành những mảnh nhỏ hơn nữa. Điều gì sẽ xảy ra nếu những mảnh đá đó lại bị nghiền nát thêm một lần nữa? Tất nhiên, các mảnh đá sẽ bị nghiền nát và vỡ thành những mảnh nhỏ hơn nữa. Liệu đá có thể bị chia nhỏ hơn nữa cho đến vô hạn không? Thực tế cho thấy rằng bất kỳ vật thể nào nếu bị chia nhỏ hơn nữa sẽ đến một điểm mà phần nhỏ nhất của vật thể đó không thể bị chia nhỏ hơn nữa. Phần nhỏ nhất của một vật thể mà không thể bị chia nhỏ hơn nữa được gọi là nguyên tử. Vì vậy, nguyên tử là phần nhỏ nhất của mọi vật chất trong vũ trụ.
Điện tích trong nguyên tử
Nguyên tử được cấu tạo từ electron, proton và neutron. Proton và neutron tạo thành hạt nhân nguyên tử, có kích thước xấp xỉ 10⁻¹⁵ mét . Electron nằm bên ngoài hạt nhân và quay quanh nó giống như các hành tinh quay quanh mặt trời. Giả sử đường kính của nguyên tử là vài ki-lô-mét, thì hạt nhân có kích thước bằng một quả bóng bi-a, với các electron nằm bên trong hạt nhân, cách hạt nhân khoảng 10⁻¹⁰ mét . Giữa hạt nhân và electron là không gian trống.
Các electron mang điện tích âm nằm ở rìa nguyên tử, còn các proton mang điện tích dương nằm trong hạt nhân. Để giữ cho các electron quay quanh hạt nhân và không thoát ra khỏi nguyên tử, hạt nhân mang điện tích dương phải tác dụng một lực hút lên các electron. Lực này, giữ cho các electron quay quanh hạt nhân và ngăn chúng thoát ra, được gọi là lực điện.
Ngược lại, bên trong hạt nhân nguyên tử có các proton mang điện tích dương, vì vậy chúng tự nhiên đẩy nhau vì có cùng điện tích. Để giữ các proton lại với nhau trong hạt nhân nguyên tử và ngăn chúng tách rời khỏi nguyên tử, cần có một lực giữ chúng lại. Lực giữ các proton lại với nhau trong hạt nhân nguyên tử được gọi là lực hạt nhân.
Khối lượng của một proton gần bằng khối lượng của một neutron. Khoảng 99,9% khối lượng của một nguyên tử tập trung ở hạt nhân, trong khi electron có khối lượng rất nhỏ. Khối lượng của một electron (m<sub> e</sub> ) = 9,1093897 x 10<sup> -31</sup> kg, khối lượng của một neutron (m <sub>n</sub> ) = 1,6749286 x 10 <sup>-27</sup> kg, và khối lượng của một proton (m <sub>p</sub> ) = 1,6726231 x 10<sup> -27</sup> kg.
Lượng điện tích
Electron mang điện tích âm, proton mang điện tích dương, và neutron trung tính về điện. Các proton và neutron cấu tạo nên hạt nhân nguyên tử được tạo thành từ các quark, có điện tích xấp xỉ 1/3 và xấp xỉ 2/3 lần điện tích của electron. Quark là những hạt nhỏ nhất cấu tạo nên nguyên tử, nhưng cho đến nay, người ta vẫn chưa tìm thấy quark tồn tại riêng lẻ dưới dạng các hạt đơn lẻ.
Độ lớn của điện tích electron hoặc điện tích proton là đơn vị cơ bản của điện tích. Độ lớn điện tích của một vật là bội số của điện tích electron hoặc điện tích proton. Điều này được gọi là điện tích lượng tử hóa . Ví dụ, nếu mệnh giá tiền tệ nhỏ nhất mà chúng ta sử dụng là 100 rupiah, thì số tiền mà một người có được biểu thị bằng bội số của mệnh giá nhỏ nhất, cụ thể là 100 rupiah. Ví dụ, số tiền của tôi là 100.000 và 100.000 này có thể chia hết cho 100. Sẽ thật kỳ lạ nếu số tiền của tôi là 100.002 vì không có mệnh giá 2 rupiah. Tương tự, lượng điện tích của một vật. Lượng điện tích của electron là -e và lượng điện tích của proton là +e. Lượng điện tích của một vật là bội số của e hoặc 1,60 x 10⁻¹⁹ Coulomb và có thể được biểu thị thông qua Q = ±Ne. Q = lượng điện tích, ± biểu thị loại điện tích, N = số nguyên, e = 1,60 x 10⁻¹⁹ Coulomb.
Điện tích trong vật thể
Nếu một nguyên tử có số electron bằng số proton, thì tổng điện tích trong nguyên tử đó bằng 0, và nguyên tử đó trung tính, nghĩa là nó không mang điện tích. Số proton hoặc electron trong một nguyên tử trung tính được gọi là số hiệu nguyên tử (Z) . Nếu có nhiều electron hơn proton, nguyên tử đó mang điện tích âm. Ngược lại, nếu có ít electron hơn proton, nguyên tử đó mang điện tích dương. Các nguyên tử mang điện tích âm được gọi là ion âm , trong khi các nguyên tử mang điện tích dương được gọi là ion dương . Quá trình hấp thụ hoặc giải phóng electron từ một nguyên tử được gọi là sự ion hóa . Khi chúng ta nói một nguyên tử mang điện tích, chúng ta muốn nói đến tổng điện tích hoặc điện tích ròng. Ví dụ, một nguyên tử có 10 electron và 7 proton. Nguyên tử này mang điện tích âm vì nó có 3 electron mang điện tích âm dư thừa. Vì vậy, điện tích ròng của nguyên tử này là 3, và loại điện tích nguyên tử là âm. Các số 3, 7, 10 chỉ là ví dụ để dễ hiểu hơn. Trên thực tế, lượng điện tích của một vật thể là bội số của điện tích electron hoặc điện tích proton.
Nếu một vật có số electron bằng số proton, thì vật đó trung tính hoặc không mang điện tích. Nếu một vật có nhiều electron hơn proton thì vật đó mang điện tích âm, ngược lại nếu một vật có ít electron hơn proton thì vật đó mang điện tích dương. Một vật ban đầu trung tính có thể trở nên mang điện tích âm bằng cách thêm electron vào vật đó, trong khi một vật có thể trở nên mang điện tích dương bằng cách giảm số electron trong vật đó.
