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    靜電感應與靜電屏蔽概念解讀

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    王尚老師視頻:靜電場物理公式梳理。手機端太小,推薦同學們在電腦端登陸www.q6113.com查看。靜電屏蔽與靜電感應的概念在視頻下方。

    靜電屏蔽概念

    在探究靜電屏蔽前,我們先來說一下靜電感應現象。

    如果將導體放在電場強度為E的外電場中,導體內的自由電子在電場力的作用下,會逆電場方向運動。這樣,導體的負電荷分布在一邊,正電荷分布在另一邊,這就是靜電感應現象。靜電感應是靜電屏蔽的基礎。

    由于導體內電荷的重新分布,這些運動后的電荷(如下圖導體W自身的電荷)會在與外電場相反的方向形成另一電場。

    通過受力分析可知,當產生的電場強度E’小于E時,導體W中的電荷受力并不平衡,電荷還會繼續運動,直至受力平衡,即E’=E的情況下。

    靜電屏蔽原理圖

    圖示金屬導體W內部中空地帶C處的電場強度為零。

    根據場強疊加原理,導體內的電場強度等于自身的電荷產生的E’和外部電場E的疊加,等大反向的電場疊加而互相抵消,使得導體內部總電場強度為零。

    當導體內部總電場強度為零時,導體內的自由電子不再移動。物理學中將導體中沒有電荷移動的狀態叫做靜電平衡。

    處于靜電平衡狀態的導體,內部電場強度處處為零。由此可推知,處于靜電平衡狀態的導體,電荷只分布在導體的外表面上。如果這個導體是中空的,當它達到靜電平衡時,內部也將沒有電場。

    這樣,導體的外殼就會對它的內部起到“保護”作用,使它的內部不受外部電場的影響,這種現象稱為靜電屏蔽。

    靜電屏蔽應用

    很多細心的同學可能發現了很多轎車都有外置天線,這就是因為汽車自身就是一個箱式導體,起到了靜電屏蔽的作用,車內的信號不好。我們用外置天線來加強信號的接受能力。

    在軍事或工業上,有些電子器件或測量設備為了免除干擾,都要實行靜電屏蔽,例如軍用電子儀器設備外面的金屬罩,用來防止外界電場干擾的屏蔽措施。

    軍事通訊電纜外面包的鉛皮,或在外面包一層金屬絲,就為了靜電屏蔽的效果,使信號不受干擾等等,又如軍事設施中的室內高壓設備罩上接地的金屬罩或較密的金屬網罩,電子管用金屬管殼。

    在軍事上廣泛應用的,作全波整流或橋式整流的電源變壓器,在初級繞組和次級繞組之間包上金屬薄片或繞上一層漆包線并使之接地,達到屏蔽作用。

    在對軍事設備進行高壓帶電作業中,操作、維修人員穿上用金屬絲或導電纖維織成的均壓服,可以對人體起屏蔽保護作用。

    又如在軍事工程或設施上安裝的屏蔽裝置:如果需要屏蔽的區域較大,還可采用金屬屏蔽網,也有良好的屏蔽效果。在軍用電子儀器中,為了免受靜電干擾,常利用接地的儀器金屬外殼作屏蔽裝置。電測量儀器中的某些聯接線的導線絕緣外面包有一層金屬絲網做為屏蔽。高壓帶電作業(500千伏帶電作業用的屏蔽服)

    有線電視信號線,外面就有一層金屬絲,就為了靜電屏蔽,使傳輸的信號不受外界電磁場的干擾。

    很多高精密的電子儀器、實驗設備,比如示波器的接線都是這樣的屏蔽線、屏蔽箱體,以免被外界干擾影響數據的真實與準確性。 

    法拉第的靜電屏蔽實驗

    法拉第曾經冒著被電擊的危險,做了一個聞名于世的實驗——法拉第籠實驗。

    法拉第把自己關在金屬籠內,當籠外發生強大的靜電放電時,自己在金屬籠內非常安全,什么事都沒發生。

    作者:王尚,齊思源,蘇陽。

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