Warum verteilen sich Ladungen gleichmäßig auf der Oberfläche einer leitenden Kugel mit einer Ladung in ihrem Hohlraum?

Ich denke, Ihre Frage ist im Grunde, warum die Oberflächenladungsdichte auf der leitenden Kugel gleich bleibt, auch wenn sich der geladene Hohlraum nicht im Zentrum befindet. Ihr Fall kann als dargestellt werden .

In diesen Abbildungen habe ich versucht, die leitende Kugel durch den blauen Kreis darzustellen, und der grüne Kreis mit Q darin stellt den Hohlraum dar, der eine Ladung enthält$Q$. In der ersten Abbildung befindet sich der Hohlraum mit Ladung in der Mitte, während in der zweiten Abbildung der Hohlraum mit Ladung nach rechts verschoben ist.

Und Ihre Frage ist, warum in beiden Fällen die Oberflächenladungsdichte an der Oberfläche der leitenden Kugel (dh des blauen Umfangs) gleich ist?

Sie müssen wissen, dass das elektrische Feld innerhalb eines Leiters immer Null ist, die freien Elektronen im Leiter breiten sich so aus, dass das elektrische Feld innerhalb des Leiters (sehr wichtig innerhalb des Leiters) Null ist . Jetzt, wenn der Hohlraum mit Ladung$Q$In der Mitte bewegen sich die freien Elektronen und bilden eine Kugel um den Hohlraum, wodurch an der Oberfläche des kugelförmigen Leiters eine positive Nettoladung erzeugt wird. Bild sieht also ungefähr so ​​aus .

Das elektrische Feld aufgrund der Ladung im Hohlraum (grüner Pfeil) wird durch das elektrische Feld aufgrund der induzierten Ladungen (gelber Pfeil) aufgehoben, und daher ist das elektrische Nettofeld im Inneren des Leiters Null.

Aber wenn der Hohlraum mit Ladung ein wenig nach rechts verschoben wird, sagen Sie

Wenn wir die Ladung +Q etwas nach rechts oder links verschieben, sammeln sich mehr negative Ladungen in der gleichen Richtung, während sich positive Ladungen auf der Außenfläche des Leiters überhaupt nicht bewegen.

Aufgrund der Induktion bewegen sich natürlich mehr negative Ladungen auf diese Seite, und die positiv induzierten Ladungen bleiben so, wie sie waren, weil das elektrische Feld aufgehoben wird und das ist alles, was der Leiter will . Siehe diese Abbildung,

.

Sie können das gelbe Rechteck sehen, das ich gezeichnet habe, Sie können sehr deutlich sehen, dass in diesem Bereich die negativen induzierten Ladungen und die positive Ladung auf der Oberfläche sehr nahe beieinander liegen, und daher wird das elektrische Feld hier stark sein (wenn Sie einen Test machen würden Ladung in diesem Bereich stark von der positiven Oberflächenladung abgestoßen und stark von den induzierten negativen Ladungen angezogen, da der Abstand in diesem Bereich sehr gering ist und die Dinge nahe beieinander liegen). Daher wird das starke Feld, das von der Hohlraumladung erzeugt wird (da es sich in der Nähe der rechten Seite befindet, wird ein starkes Feld von ihr auf der rechten Seite erzeugt) durch das Feld aufgehoben, das von den induzierten Ladungen (den negativen und positiven) erzeugt wird die Oberfläche). Und das ist alles, was der Dirigent will.

Hoffe das hilft.

"Warum ist das möglich? Stoßen sich die positiven Ladungen stärker voneinander ab, als sie die Elektronen spüren?" -

Wenn die Ladung innerhalb des Hohlraums bewegt wird, verteilen sich die negativen Ladungen auf der Oberfläche des Hohlraums neu, so dass das elektrische Feld an jedem Punkt im Volumen des Leiters 0 ist. Die positiven Ladungen auf der Oberfläche werden gleichmäßig auf der äußeren Oberfläche des Leiters verteilt und werden von der Position des Hohlraums oder der Position der Ladung innerhalb des Hohlraums nicht beeinflusst, da sie vollständig durch einen Bereich mit einem elektrischen Nullfeld abgeschirmt werden.

„Unter elektrostatischen Bedingungen ist das interne elektrische Feld Null, aber das Bewegen der Ladung +Q kann nicht passieren? Vielleicht ist das interne Feld Null, wenn das Feld von negativeren Ladungen auf einer Seite durch ein Feld von positiveren Ladungen auf derselben Seite ausgeglichen wird ." -

Das Bewegen der Ladung Q im Hohlraum ändert das elektrische Feld im Hohlraum, je nachdem, wie Sie ihn bewegen. Die negativen Ladungen auf der Hohlraumoberfläche ordnen sich jedoch neu an, um sicherzustellen, dass das elektrische Feld im Leiter Null bleibt. Jeder Bereich außerhalb des Resonators wird durch die Bewegung von Ladungen innerhalb des Resonators nicht beeinflusst.

Dies ist meine endgültige Schlussfolgerung und Antwort: Das elektrische Feld aufgrund der inneren positiven Ladung und der induzierten negativen ist aufgrund ihrer Verteilung an jedem Punkt des Leiters Null; das elektrische Feld im Leiter bleibt Null, wenn sich die außen verbliebenen positiven Ladungen aufgrund des Coulombschen Abstandsgesetzes gleichmäßig auf der Außenfläche verteilen.