โครงสร้างอะตอมและการอนุรักษ์ประจุ

วัตถุเป็นกลางได้อย่างไรทั้งที่ประกอบด้วยอนุภาคมีประจุ? ลองนับประจุบวกและลบแยกกัน แล้วดูว่าการเสียอิเล็กตรอนหนึ่งตัวเปลี่ยนอะไร

อะตอมมีนิวเคลียสประจุบวกและอิเล็กตรอนประจุลบรอบนิวเคลียส โปรตอนเป็นผู้ให้ประจุบวก ส่วนนิวตรอนเป็นกลางทางไฟฟ้า โปรตอนหนึ่งตัวกับอิเล็กตรอนหนึ่งตัวมีประจุขนาดเท่ากัน เมื่อจำนวนเท่ากัน ผลรวมจึงเป็นศูนย์ เรียกว่าอะตอมเป็นกลาง ความเป็นกลางหมายถึงประจุหักล้างกัน ไม่ใช่ไม่มีประจุ ภาพนิวเคลียสและเปลือกแสดงองค์ประกอบ ไม่ใช่มาตราส่วนจริงของอะตอม

สมมติอะตอมเป็นกลางเสียอิเล็กตรอน นิวเคลียสไม่เปลี่ยน แต่ประจุลบน้อยกว่าบวก ส่วนที่เหลือจึงมีประจุบวก เรียกว่าไอออนบวก หากรับอิเล็กตรอนเพิ่มจะเป็นไอออนลบ ตรวจเครื่องหมายด้วยเหตุผลได้ การเอาลบออกเพิ่มผลรวม ส่วนการเพิ่มลบลดผลรวม การทำให้มีประจุทั่วไปเปลี่ยนอิเล็กตรอน ไม่ได้เปลี่ยนองค์ประกอบนิวเคลียส

ถ่ายโอนประจุเป็นปริมาณเล็กเท่าใดก็ได้หรือไม่? ในการทดลองทั่วไปมีการย้ายอิเล็กตรอนหรือไอออนเป็นจำนวนเต็ม ขนาดประจุของอิเล็กตรอนและโปรตอนเรียกว่าประจุมูลฐาน e ≈ 1,6·10⁻¹⁹ Кл อิเล็กตรอนมี −e และโปรตอนมี +e ค่านี้เล็กมาก ประจุบนวัตถุขนาดที่มองเห็นจึงประกอบด้วยหน่วยจำนวนมหาศาล สัญลักษณ์ e หมายถึงขนาดบวก ส่วนเครื่องหมายของอนุภาคเขียนแยก

หากอิเล็กตรอน n ตัวย้ายระหว่างวัตถุ ขนาดประจุที่ย้ายเท่ากับ ne อิเล็กตรอนสองเท่าให้ประจุที่ย้ายสองเท่า เมื่อ n = 0 ไม่มีการถ่ายโอน แต่ n ต้องเป็นจำนวนเต็ม กระบวนการนี้ไม่ได้สร้างอิเล็กตรอนครึ่งตัว การแบ่งประจุของวัตถุใหญ่ให้สองวัตถุคือแบ่งกลุ่มพาหะ ไม่ใช่แบ่งประจุอิเล็กตรอนตัวเดียวให้เป็นสัดส่วนใดก็ได้

ติดตามสองวัตถุเป็นระบบเดียว อิเล็กตรอนออกจากชิ้นแรกไปชิ้นที่สอง การเปลี่ยนประจุรวมของสองชิ้นตรงข้ามกัน ดังนั้นระบบที่ไม่แลกเปลี่ยนประจุกับสิ่งแวดล้อมจะมีผลรวมประจุเชิงพีชคณิตคงเดิม พีชคณิตหมายถึงคิดเครื่องหมายด้วย +q กับ −q รวมเป็นศูนย์ แม้แต่ละค่าไม่เป็นศูนย์ การสัมผัสเปลี่ยนการกระจายได้ แต่สร้างประจุสุทธิจากความว่างเปล่าไม่ได้

วัตถุโลหะมีประจุสัมผัสโลกแล้วเกือบหมดประจุ กฎผิดหรือไม่? ไม่ผิด เพราะนับเฉพาะวัตถุ แต่พาหะอาจไปสู่โลกหรือมาจากโลก ประจุของวัตถุเดียวไม่จำเป็นต้องคงตัวหากมีการแลกเปลี่ยน เมื่อรวมทุกส่วนที่แลกเปลี่ยนไว้ในระบบ การอนุรักษ์ก็ยังเป็นจริง ดังนั้นก่อนบวกประจุ ต้องระบุว่าพาหะอาจผ่านขอบเขตใด

วัตถุโดดเดี่ยวมีประจุ +5 nC และ −2 nC หลังสัมผัสมีประจุรวมเท่าใด?

บวกประจุเริ่มต้นโดยคิดเครื่องหมาย: +5 + (−2) = +3 нКл ประจุลบหักล้างประจุบวกบางส่วน

วัตถุโดดเดี่ยวจากสิ่งแวดล้อม การสัมผัสจึงเพียงกระจาย +3 nC นี้ใหม่ ไม่เปลี่ยนผลรวม

ทราบผลรวมอย่างเดียวหาประจุสุดท้ายแต่ละชิ้นไม่ได้ ต้องทราบรูปร่าง ขนาด และตำแหน่งด้วย

ประจุรวม +3 nC คู่ที่โดดเดี่ยวยังคงมีประจุบวกสุทธิเท่าเดิมหลังสัมผัส

สสารเป็นกลางมีประจุที่หักล้างกันในผลรวม

อะตอมเป็นกลางเสียอิเล็กตรอนจะเป็นไอออนบวก รับเพิ่มจะเป็นไอออนลบ

ผลรวมที่คิดเครื่องหมายคงเดิมในระบบที่ไม่มีประจุถ่ายผ่านขอบเขต

ต่อไปใช้ประจุคำนวณแรงอันตรกิริยาและนำเสนอปริมาณที่บอกลักษณะสนามไฟฟ้า