Die Wirkung von Gravitations- und Coulomb-Kräften auf freie Elektronen in einem Leiter

Ihre Intuition für den ersten ist richtig; Die zusätzlichen Ladungen werden durch die elektrostatische Kraft an der Oberfläche gehalten, die um viele Größenordnungen stärker ist als die Gravitationskraft.

Der zweite (und ein Teil des ersten): Sie verwechseln freie Elektronen mit "zusätzlichen" Elektronen.

In einem Leiter sind die Elektronen mit der höchsten Energie an kein Atom gebunden und schweben stattdessen herum. Sie tragen zu jedem Zeitpunkt erheblich dazu bei, das Feld von 5-8 anderen Kernen (die von weniger Elektronen umgeben sind) zu neutralisieren.

Wenn alle freien Elektronen herunterfallen würden, hätten die positiv geladenen Kerne oben weniger Elektronen um sich herum, was zu einem starken elektrischen Feld und einer Erhöhung der potentiellen Energie des Systems führen würde (was niemals von selbst geschehen wird). Grundsätzlich muss, wenn ein freies Elektron die Region verlässt, in der es sich befindet, ein anderes kommen und es ersetzen, indem es in den allgemeinen Bereich eintritt, um die Kräfte auszugleichen. Andernfalls entsteht ein Loch , das sich bewegt, bis es neutralisiert wird.

Dasselbe gilt für das Bewegen aller Ladungen auf eine Oberfläche. Bei einem Leiter müssen nur die "zusätzlichen" Ladungen an der Oberfläche sein. Der Körper des Leiters muss elektrisch neutral bleiben, und das kann nicht passieren, wenn die freien Elektronen an die Oberfläche wandern.

Sie haben Recht, dass die elektromagnetische Kraft viel stärker ist als die Schwerkraft. Für ein Teilchen wie ein Elektron ist die elektrische Kraft rund$10^{42}$mal stärker (eine einfache Rechnung zeigt dies) als die Gravitationskraft zwischen zwei Elektronen. Die Variation ist einfach auf den Unterschied ihrer beiden Konstanten und der Masse und Ladung der Elektronen zurückzuführen. Das bedeutet jedoch nicht, dass Elektronen die Raumzeit nicht krümmen. Der Effekt ist zu vernachlässigbar, um ihn zu messen.

In Bezug auf Ihre zweite Frage hat ein Leiter nicht unbedingt übermäßige Ladungen auf seiner Oberfläche, es sei denn, das "Aufladen" wird von Ihnen durchgeführt. Selbst wenn es einige statische Aufladungen gibt, beeinflusst dies die freien Elektronen nicht wesentlich. Denn die Potenzialdifferenz, die sie antreibt, ist stärker als die elektrostatische Anziehung zwischen einem Elektronenpaar.