¿Por qué las cargas se distribuyen uniformemente sobre la superficie de una esfera conductora con una carga dentro de su cavidad?

Creo que su pregunta, básicamente, es por qué la densidad de carga superficial en la esfera conductora sigue siendo la misma incluso si la cavidad con carga no está en el centro. Su caso se puede representar como .

En estas figuras he tratado de representar la esfera conductora con el círculo azul y el círculo verde con Q dentro representa la cavidad que contiene una carga.$Q$. En la primera figura, la cavidad con carga está en el medio, mientras que en la segunda figura la cavidad con carga se ha desplazado hacia la derecha.

Y su pregunta es ¿por qué en ambos casos la densidad de carga superficial en la superficie de la esfera conductora (es decir, la circunferencia azul) es la misma?

Debe saber que el campo eléctrico dentro de un conductor es siempre cero, los electrones libres en el conductor se propagan de tal manera que el campo eléctrico dentro del conductor (algo muy importante dentro del conductor) es cero. Ahora, cuando la cavidad con carga$Q$está en el centro, los electrones libres se movieron y formaron una esfera alrededor de la cavidad y, debido a esto, se crea una carga positiva neta en la superficie del conductor esférico. Entonces, la imagen se parece a esto .

El campo eléctrico debido a la carga en la cavidad (flecha verde) es cancelado por el campo eléctrico debido a las cargas inducidas (flecha amarilla) y, por lo tanto, el campo eléctrico neto dentro del conductor es cero.

Pero cuando la cavidad con carga se mueve un poco hacia la derecha, dices

Si movemos la carga +Q un poco hacia la derecha o hacia la izquierda, se juntarán más cargas negativas en la misma dirección, mientras que las cargas positivas en la superficie externa del conductor no se moverán en absoluto.

Más cargas negativas se mueven hacia ese lado debido a la inducción, por supuesto, y las cargas positivas inducidas permanecen como estaban porque el campo eléctrico se cancela y eso es todo lo que quiere el conductor . Ver esta figura,

.

Puede ver el rectángulo amarillo que dibujé, puede ver muy claramente en esa región que las cargas negativas inducidas y las cargas positivas en la superficie están muy cerca y, por lo tanto, el campo eléctrico será fuerte aquí (si hiciera una prueba). carga en esta región será fuertemente repelido por la carga positiva de la superficie y fuertemente atraído por las cargas negativas inducidas porque la distancia es mucho menor en esta región y las cosas están cerca unas de otras). Por lo tanto, el campo fuerte producido por la carga de la cavidad (como está cerca del lado derecho, producirá un campo fuerte en el lado derecho) es cancelado por el campo producido por las cargas inducidas (aquellas negativas y positivas en la superficie). Y eso es todo lo que quiere el conductor.

Espero que esto ayude.

"¿Por qué es eso posible? ¿La carga positiva se repelen entre sí más de lo que sienten los electrones?" -

Si se mueve la carga dentro de la cavidad, las cargas negativas en la superficie de la cavidad se redistribuyen de modo que el campo eléctrico sea 0 en todos los puntos de la masa del conductor. Las cargas positivas en la superficie se distribuyen uniformemente en la superficie exterior del conductor y no se ven afectadas por la posición de la cavidad o la posición de la carga dentro de la cavidad, ya que están completamente protegidas por una región de campo eléctrico cero.

"En condiciones electrostáticas, el campo eléctrico interno es cero, pero mover la carga +Q ¿no puede suceder algo? Tal vez el campo interno sea cero si el campo de más cargas negativas en un lado se contrarresta con un campo de más cargas positivas en el mismo lado ." -

Mover la carga Q en la cavidad cambia el campo eléctrico dentro de la cavidad dependiendo de cómo lo muevas. Sin embargo, las cargas negativas en la superficie de la cavidad se reorganizan para asegurar que el campo eléctrico en el conductor permanezca en cero. Cualquier región fuera de la cavidad no se ve afectada por el movimiento de cargas dentro de la cavidad.

Esta es mi conclusión y respuesta final: el campo eléctrico debido a la carga interna positiva y las negativas inducidas es cero en cada punto del conductor debido a su distribución; el campo eléctrico en el conductor sigue siendo cero si las cargas positivas que quedan en el exterior se distribuyen uniformemente en la superficie exterior, debido a la ley del cuadrado inverso de Coulomb.