¿Qué pasará con las cargas si cavamos un agujero en un conductor cargado hueco (por ejemplo, una esfera conductora hueca)?

Estoy confundido acerca de cómo se distribuirán las cargas en la superficie exterior de un conductor hueco cargado para hacer que el campo eléctrico sea cero en el interior después de cavar un agujero en el conductor hueco que va desde la superficie exterior hasta la superficie interior (imagine una esfera hueca gruesa que tiene un agujero que perfora completamente la capa gruesa de la esfera). Mi pregunta es si las cargas ahora se van a distribuir tanto en la superficie exterior como en la interior, ya que la superficie interior ya no es interior porque ahora está conectada a la superficie exterior debido a el hoyo que cavamos?

Para ver una demostración, vea esta película clásica de PSSC. Muestra una demostración con una gran esfera de cobre cargada con un agujero bastante grande.

Respuestas (2)

Como hecho experimental, una jaula de Faraday mantiene la carga en el exterior incluso cuando está hecha de malla... como una primera aproximación, podría considerarse una esfera con una gran cantidad de agujeros excavados a través de ella... y, sin embargo, el exceso de carga es solo en el exterior.

De ahí se deduce que si hicieras una esfera hueca como la describiste y le abrieras un agujero, toda la carga migraría hacia el exterior para alejar lo más posible el exceso de electrones entre sí. La única falta de uniformidad sería alrededor del borde del agujero... dependiendo de la forma del borde y del tamaño del agujero.

Si aumenta el tamaño del agujero en algún punto, no habrá suficiente esfera para forzar la carga uniforme en la cara exterior... pero el agujero puede ser bastante grande.

Si podemos suponer que el agujero es muy pequeño, entonces podemos suponer que esta situación es similar a una esfera hueca gruesa. En ese caso, el electrón se alineará según la ley de Gauss con el hecho adicional de que no hay campos eléctricos dentro del conductor y el potencial del conductor en toda su superficie es constante. Por lo tanto, obviamente también se distribuirán dentro de la "superficie interna".

La conclusión es incorrecta. No hay cargas dentro de un conductor hueco. Crear pequeños agujeros en la superficie (como en una jaula de Faraday) no hace ninguna diferencia. Sin embargo, es correcto que no hay campo eléctrico dentro del conductor hueco ni dentro del material conductor.