¿Por qué el campo eléctrico generado por una distribución de carga esférica uniforme es radial y se aleja del centro de la esfera?

Como señalan Hongwan Liu y Terry Moore, un argumento de simetría simple conduce a un campo esféricamente simétrico alrededor de una esfera uniforme (simétrica).

Pero el universo puede ser más complicado que eso: tenemos que considerar la posibilidad de una dinámica de ruptura de simetría que (en algunos sistemas) puede “elegir” espontáneamente (= establecerse en un estado de energía más bajo) una configuración no simétrica. Considere, por ejemplo, una esfera de hierro perfecta por encima de su temperatura de Curie de 1043 K. En equilibrio no tendrá campo magnético neto, que es una situación esféricamente simétrica; pero si lo enfriamos por debajo de esa temperatura (y esperamos lo suficiente), ¡alineará espontáneamente la mayoría de sus átomos y generará un campo dipolo magnético alrededor de una dirección de eje aleatorio!

Entonces, la respuesta completa a la pregunta del campo eléctrico radial es

1. Simetría y
2. Un sistema simple cuya dinámica no contiene interacciones eléctricas que rompan la simetría

¿Por qué el campo eléctrico generado por una distribución de carga esférica uniforme es radial y se aleja del centro de la esfera?

Podrías usar la ley de Coulomb para cada punto de la esfera e integrarla, pero como solo preguntas sobre la dirección del campo, puedes argumentar desde la simetría. El campo en cualquier esfera concéntrica debe ser constante. Sin embargo, la dirección no necesita estar lejos de la esfera, depende de si la carga es positiva o negativa.

A2A

Parece que necesita revisar la definición de campo eléctrico.

Si coloca una partícula cargada positivamente en el campo, las líneas y direcciones del campo le muestran la dirección en la que sentiría una fuerza.

Porque al igual que las cargas se repelen, las distribuyen uniformemente en una superficie esférica. Con una distribución uniforme de la carga en una superficie esférica, la red o la suma de la fuerza, esta carga distribuida está orientada radialmente en relación con la esfera. Todo es geometría bastante simple.

¿Por qué el campo eléctrico generado por una distribución de carga esférica uniforme es radial y se aleja del centro de la esfera?

Al decir lo anterior está asumiendo mucho ………. que no existe absolutamente nada más en el universo.

Las líneas de campo eléctrico cercanas entre sí siempre intentan alejarse entre sí. Para una esfera perfectamente lisa con una distribución de carga uniforme, cada elemento de flujo se empuja entre sí de manera uniforme y, finalmente, tienen que asentarse uniformemente en dirección radial.

Ese es un fenómeno observado naturalmente, una característica básica del electromagnetismo … donde las polaridades similares tenderán a oponerse entre sí … En la creación de cada fuerza electromagnética que genere espines que son perpendiculares a cada carga eléctrica … Tales interacciones entre espines que fuerzan el campo eléctrico se dirigen fuera del centro … Como estar fuera de la cocina caliente para no quemarse …

Pensarás que estoy siendo simplista y desdeñoso, pero en serio: esta es la respuesta rigurosa:

¿Qué otra dirección podría apuntar y cómo la elegirías ?

Si intenta medir ese campo, mientras está lejos de la esfera, verá solo un punto, como una partícula cargada, y conoceremos el campo eléctrico producido por eso.

Esta NO es la respuesta completa, porque estas son solo palabras y no matemáticas, pero es una buena idea general.