Vad är en positiv avgift?
Allt i världen, vare sig det är naturligt eller syntetiskt, består av små strukturer som kallas atomer, som är gjorda av protoner, neutroner och elektroner. Protoner har en positiv laddning, neutroner har ingen laddning och elektroner har en negativ laddning. Balansen mellan dessa partiklar bestämmer den totala laddningen av en atom. Ett objekt med en positiv laddning, som en person efter att ha kraftigt gnugga sockatäckta fötter på en matta, innehåller mer positiva partiklar (protoner) än negativa (elektroner). Eftersom positiva atomer attraheras av negativa och avvisas av andra positiva effekter påverkar laddningarna av atomerna som utgör ett ämne starkt dess egenskaper och beteende.
Atomavgifter
Atomer, som är den materiella basenheten, har en kärna som består av protoner och neutroner, kring vilka en eller flera elektroner är bundna. Antalet protoner bestämmer vilket element atomen är och ges som dess atomnummer. Till exempel har magnesium 12 protoner, vilket ger det atomnumret 12, medan syre har åtta. När atomer sammanfogas blir de molekyler.
Elektroner och protoner har inte samma storlek och vikt - elektroner är mindre och lättare än protoner - men de har samma mängd laddning. Det vill säga ett matchande antal protoner och elektroner avbryter varandra i termer av total laddning. Eftersom neutroner är neutrala påverkar deras antal inte en atomladdning.
Även om det totala antalet subatomära partiklar som en atom har varierar, är atomer vanligtvis elektriskt balanserade, med ett lika antal protoner och elektroner. Detta innebär att atomer naturligtvis har en neutral laddning, men det kan förändras genom att få eller förlora elektroner genom kemiska och fysiska processer. När en elektron går förlorad förskjuts balansen med en extra proton, vilket ger atomen en positiv laddning. Det motsatta gäller för negativt laddade atomer, som har fått en elektron. När partikelbalansen störs och ger antingen en positiv eller negativ atom (eller molekyl) kallas de inte längre för atomer. Istället är det joner , med positiva som kallas katjoner och negativa som kallas anjoner .
Laddning och beteende
Laddningen som ett objekt har påverkar hur det reagerar på sin miljö. Kationer dras till exempel till anjoner, men avvisas av andra katjoner. På liknande sätt avvisar negativt laddade atomer varandra. Detta beteende kallas Coulombs lag.
Positiva atomer lockar inte eller avvisar neutrala, men genom ett fenomen som kallas elektrostatisk induktion kan en attraktion skapas. Detta inträffar eftersom elektronerna i vissa molekyler tenderar att bli mer rörliga när en positiv laddning är i närheten. Elektroner i den neutrala molekylen kan sedan röra sig mot källan till den positiva laddningen. Rörelsen skapar en negativ laddning vid den närmaste punkten till källan, även om molekylen totalt sett är oförändrad. Detta fenomen händer oftast med metaller, vilket är det som tillåter en elektrisk laddning att strömma genom dem.
Vardagliga applikationer
Många vardagliga artiklar och processer använder sig av positiva laddningar. När till exempel tvätt tränger i en klädtork, får rörelsen elektroner att röra sig från atomerna på ytan av vissa artiklar till andra, vilket ger kläderna olika laddningar. Det är detta som leder till statisk vidhäftning, eftersom de nu positivt och negativt laddade partiklarna dras till varandra och får kläderna att hålla sig ihop. Torktumlare innehåller vanligtvis kemikalier som har en positiv laddning, som gnider av föremålen, vilket hjälper till att göra de negativa igen neutrala.
Ett annat exempel är laserskrivaren, som skriver ut text och bilder på papper genom att skapa en serie positiva och negativa laddningar. När ett utskriftsjobb börjar "skriver" lasern genom att överföra negativt laddad statisk elektricitet till en cylinder med en positiv laddning. Toner, som också är positiv, appliceras sedan på cylindern och lockas till de negativa områdena. Cylindern rullas sedan över ett ark negativt laddat papper och tonern binds till den.
Biologiska molekyler
Den kombinerade summan av alla atomer och joner som ingår i en biologisk molekyl är kända som dess nettoladdning. De flesta molekyler är neutrala totalt sett, men stora har en tendens att ha ett eller flera diskreta områden som uppvisar en negativ eller positiv laddning. Dessa områden påverkar starkt hur molekylen viks och hur den interagerar med andra molekyler. Exempelvis är DNA och RNA båda nukleinsyror, men de uppträder mycket annorlunda delvis eftersom deras laddningar är fördelade olika längs deras ytor.
Vetenskaplig forskning kräver ofta information om laddningar av atomer och molekyler eftersom det påverkar hur biologiskt aktiva molekyler uppträder. Ett särskilt område där manipulation av molekylladdningar är mycket användbart är i rationell läkemedelsdesign. Forskare inom detta område arbetar för att utveckla effektivare mediciner, i vissa fall genom att manipulera laddningen av ett potentiellt läkemedel för att göra det interagerar mer effektivt med sitt mål.