Elementaarlaeng

Füüsikalise looduskäsitluse aluste (FLA) kursuses õpitud atomistliku printsiibi põhjal teame, et ainel on olemas osakesed, mis pole jagatavad veel väiksemateks osakesteks. Kuna laeng on osakese omadus, siis ei tohiks ka laeng olla kuitahes väike.
J.1.3 Robert Andrews Millikani katse on oma olemuselt ühtaegu lihtne ja geniaalne - väga väikeste laengute mõõtmiseks on väga raske leida piisavalt tundlikku mõõteriista. Aga elementaarlaengutele mõjuvat elektrijõudu oli võimalik võrrelda õlipiiskadele mõjuva raskusjõuga.Robert Andrews Millikani katse on oma olemuselt ühtaegu lihtne ja geniaalne - väga väikeste laengute mõõtmiseks on väga raske leida piisavalt tundlikku mõõteriista. Aga elementaarlaengutele mõjuvat elektrijõudu oli võimalik võrrelda õlipiiskadele mõjuva raskusjõuga.

Laengu jagatavuse küsimust asus 20. sajandi algul uurima ameerika füüsik Robert Andrews Millikan. Ta vaatles mikroskoobi abil tillukesi laetud õlipiisku, millele mõjus vertikaalselt üles suunatud elektrijõud. Kui see jõud tasakaalustas piisa raskusjõu, jäi piisk mikroskoobi vaateväljas seisma.

Olles mõõtnud piisa ruumala ning teades õli tihedust, suutis Millikan määrata piisa massi ja raskusjõu, järelikult ka elektrijõu. Selle põhjal leidis Millikan piisa laengu. Ta märkas peagi, et kõik tema katsetulemused olid mingi kindla laengu väärtuse täisarv-kordsed.

Tänapaeval on selgunud, et elementaarlaeng siiski päris elementaarne ei ole. On teada, et nii prooton kui ka neutron koosnevad kolmest "eri värvi" kvargist (joonisel tähistatud u ja d-ga). Kvargi elektrilaeng on kas +2/3 e või –1/3 e. Näiteks prootoni koostiskvarkide laengud on +2/3 e, +2/3 e ja –1/3 e. Kuna vabu kvarke seni katseliselt avastatud ei ole, siis võime rahumeeli pidada elementaarlaengut e vähimaks looduses esinevaks terviklikuks laenguks.

Vähimat katseliselt tuvastatavat laengu väärtust on hakatud nimetama elementaarlaenguks (e). 20. sajandil tehti kindlaks, et kõigi ainete aatomid koosnevad prootonitest, neutronitest ja elektronidest. Prootonid ja neutronid moodustavad aatomi tuuma, mille ümber liiguvad elektronid. Prootonil on laeng +e, elektronil –e, neutronil laeng puudub. Seega on iga keha laengu suurus nende osakeste laengute summa.

Keemiast teame, et aatomi tuum käitub keemilistes reaktsioonides stabiilse tervikuna. Aatomi kuuluvus kindlale elemendile on määratud prootonite arvuga tuumas. Neutraalses aatomis on elektrone ja prootoneid ühepalju. Elektronide lisandumisel aatomisse moodustub negatiivne ioon ja elektronide lahkumisel positiivne ioon. See võimaldab mõista kehade elektriseerumist hõõrdumisel. Sõltuvalt vastavate ainete aatomite ehitusest võivad väliskihi elektronid ehk valentselektronid ühelt kehalt teisele üle minna. Keha, mis saab elektrone juurde, laadub negatiivselt. Seevastu keha, millelt elektronid ära rebiti, laadub positiivselt, sest tema aatomi­tuumade positiivne laeng on osaliselt tasakaalustamata. Elementaarlaenguga osakeselt ei saa tema laengut ära võtta nii nagu elektriseerimisel rebitakse kehalt lahti elektrone. Laeng on osakesele sama kindlalt omane suurus nagu mass. Kui näiteks elektronil ei oleks laengut –e, siis ta polekski enam elektron. Negatiivse elementaarlaengu olemasolu on üks tunnustest, mis määrab elektroniks nimetatava osakese. Elementaarlaengu jagamatuses avaldub atomistlik printsiip.