Ηλεκτρικό Φορτίο και τα Άτομα ⚛️

Τα πάντα γύρω μας, από το κινητό σου 📱 μέχρι την καρέκλα σου 🪑, αποτελούνται από μικροσκοπικά σωματίδια που ονομάζονται άτομα. Ας δούμε πώς το ηλεκτρικό φορτίο κρύβεται μέσα στα άτομα!

Η Δομή του Ατόμου 🔬

Φαντάσου το άτομο σαν ένα μικροσκοπικό ηλιακό σύστημα. Στο κέντρο βρίσκεται ο πυρήνας, και γύρω του κινούνται τα ηλεκτρόνια 💫.

1. Πυρήνας και Ηλεκτρόνια: Ο πυρήνας έχει θετικό (+) φορτίο, ενώ τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό (-) φορτίο. Όπως οι μαγνήτες, τα αντίθετα φορτία έλκονται, έτσι ο πυρήνας κρατάει τα ηλεκτρόνια κοντά του. Τα ηλεκτρόνια, όμως, απωθούνται μεταξύ τους.
2. Ίδια Ηλεκτρόνια: Όλα τα ηλεκτρόνια είναι πανομοιότυπα. Έχουν την ίδια μάζα και το ίδιο ηλεκτρικό φορτίο.
3. Πρωτόνια και Νετρόνια: Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Τα πρωτόνια έχουν θετικό (+) φορτίο, ενώ τα νετρόνια δεν έχουν κανένα φορτίο (είναι ουδέτερα). Όλα τα πρωτόνια είναι επίσης πανομοιότυπα.
4. Φορτίο Πρωτονίου και Ηλεκτρονίου: Το φορτίο του πρωτονίου είναι $+1,6x10^{-19}$ C (Coulombs), ενώ το φορτίο του ηλεκτρονίου είναι $-1,6x10^{-19}$ C. Αυτά είναι τα μικρότερα φορτία που βρίσκουμε ελεύθερα στη φύση.
5. Ουδέτερα Άτομα και Ιόντα: Σε ένα άτομο, ο αριθμός των πρωτονίων είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Έτσι, το άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Αλλά, αν το άτομο χάσει ή κερδίσει ηλεκτρόνια, γίνεται ιόν και έχει πλέον φορτίο.

Πώς τα Σώματα Αποκτούν Ηλεκτρικό Φορτίο ⚡

Τα σώματα γύρω μας είναι φτιαγμένα από άτομα που είναι ηλεκτρικά ουδέτερα. Γι' αυτό, συνήθως, τα σώματα δεν έχουν φορτίο. Όμως, αυτό μπορεί να αλλάξει! Ένα σώμα μπορεί να κερδίσει ή να χάσει ηλεκτρόνια.

Απόκτηση Αρνητικού ή Θετικού Φορτίου ➕➖

• Αρνητικό Φορτίο: Όταν ένα αντικείμενο κερδίζει περισσότερα ηλεκτρόνια από όσα έχει κανονικά, αποκτά αρνητικό φορτίο.
• Θετικό Φορτίο: Όταν ένα αντικείμενο χάνει ηλεκτρόνια, έχει λιγότερα ηλεκτρόνια από όσα πρωτόνια, και έτσι αποκτά θετικό φορτίο.

Φόρτιση με Μεταφορά Ηλεκτρονίων 🚚

Η φόρτιση των σωμάτων γίνεται με μεταφορά ηλεκτρονίων. Τα πρωτόνια δεν μετακινούνται εύκολα, γιατί είναι βαριά και βρίσκονται μέσα στον πυρήνα.

Για να αποσπάσουμε ηλεκτρόνια από ένα άτομο, χρειάζεται ενέργεια. Αυτή η ενέργεια μπορεί να δοθεί με διάφορους τρόπους, όπως:

• Τριβή: Όταν τρίβουμε δύο αντικείμενα μεταξύ τους.
• Ακτινοβολία: Όταν φωτίζουμε ένα υλικό με φως.

Επειδή υπάρχουν δύο είδη φορτίου (θετικό και αρνητικό), στη φύση εμφανίζονται μόνο αυτά τα δύο είδη ηλεκτρικού φορτίου.

Ιδιότητες του Ηλεκτρικού Φορτίου 💡

Υπάρχουν δύο σημαντικές ιδιότητες που πρέπει να θυμάσαι:

Αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου

Η φόρτιση των σωμάτων οφείλεται στη μετακίνηση ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια ούτε παράγονται ούτε καταστρέφονται. Απλώς μεταφέρονται. Επομένως ο συνολικός αριθμός των ηλεκτρονίων δεν μεταβάλλεται, με αποτέλεσμα σε οποιαδήποτε διαδικασία, είτε αυτή συμβαίνει στον μικρόκοσμο είτε στον μακρόκοσμο, το ολικό φορτίο να διατηρείται σταθερό. Η αρχή αυτή είναι γνωστή ως αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου. Η αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου, είναι από τις πιο σημαντικές αρχές της σύγχρονης φυσικής όπως και η αρχή διατήρησης της ενέργειας.

Κβάντωση

Κάθε ηλεκτρικά φορτισμένο σώμα έχει περίσσεια ή έλλειμμα ηλεκτρονίων. Ένα ηλεκτρόνιο δεν είναι δυνατόν να διαιρεθεί. Συνεπώς το ηλεκτρικό φορτίο κάθε φορτισμένου σώματος είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του στοιχειώδους φορτίου του ηλεκτρονίου (ή του αντίθετου φορτίου του πρωτονίου). Το ηλεκτρικό φορτίο εμφανίζεται σε «πακετάκια» τα οποία ονομάζουμε κβάντα και αυτή του την ιδιότητα την ονομάζουμε κβάντωση. Σκέψου ότι κβαντωμένο είναι και οποιοδήποτε χρηματικό ποσό έχεις στο πορτοφόλι σου αφού υπάρχει μόνο ως ακέραιο πολλαπλάσιο του λεπτού που είναι το κβάντο του χρήματος. 💰