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靜電屏蔽的原理、用途、兩種類型、接地與不接地、應用

更新時間:2023-11-06 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

導體的殼體對它的內部起到“保護”作用,使它的內部不受外部電場的影響,這些現象稱為靜電屏蔽。在交聯高分子材料或蛋白質等大分子凝膠中,將材料裝入高鹽含量氨水中,材料蠕變度減少的現象稱作為靜電屏蔽效應。fGB物理好資源網(原物理ok網)

靜電屏蔽的工作原理fGB物理好資源網(原物理ok網)

若果將導體置于電場硬度為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。因為導體內電荷的重新分布,這種電荷在與外電場相反的方向產生另一電場,電場硬度為E內。按照場強疊加原理,導體內的電場硬度等于E外和E內的疊加,等到反向的電場疊加而相互抵消,致使導體內部總電場硬度為零。當導體內部總電場硬度為零時,導體內的自由電子不再定向聯通。化學學上將導體中沒有電荷聯通的狀態稱作靜電平衡。處于靜電平衡狀態的導體,內部電場硬度處處為零。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。假如這個導體是中空的,當它達到靜電平衡時,內部也將沒有電場。這樣,導體的殼體都會對它的內部起到“保護”作用,使它的內部不受外部電場的影響,這些現象稱為靜電屏蔽fGB物理好資源網(原物理ok網)

靜電屏蔽:為了防止外界電場對儀器設備的影響,或則為了防止家電設備的電場對外界的影響,用一個空腔導體把外電場擋住,使其內部不受影響,也不使家電設備對外界形成影響,這就稱作靜電屏蔽。空腔導體不接地的屏蔽為外屏蔽,空腔導體接地的屏蔽為內屏蔽。在靜電平衡狀態下,不論是空心導體還是實心導體;不論導體本身帶電多少,或則導體是否處于外電場中,必將為等勢體,其內部場強為零,這是靜電屏蔽的理論基礎。fGB物理好資源網(原物理ok網)

靜電屏蔽的用途fGB物理好資源網(原物理ok網)

靜電屏蔽有兩方面的意義,其二是實際意義:屏蔽使金屬導體殼內的儀器或工作環境不受外部電場影響,也不對外部電場形成影響。有些電子元件或檢測設備為了免交干擾,都要推行靜電屏蔽,如室外高壓設備罩上接地的金屬罩或較密的金屬網罩,電子好使金屬管殼。又如作全波檢波或橋式檢波的電源變壓器,在中級定子和次級定子之間包上金屬薄片或繞上一層漆包線并使之接地靜電屏蔽,達到屏蔽作用。在高壓帶電作業中,工人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。在靜電實驗中,因月球附近存在著大概100V/m的豎直電場。要排除這個電場對電子的作用,研究電子只在重力作用下的運動,則必須有eE《10-10V/m,這是一個幾乎沒有靜電場的“靜電真空”,這只有對抽成真空的空腔進行靜電屏蔽就能實現。事實上,由一個封閉導體空腔實現的靜電屏蔽是特別有效的。fGB物理好資源網(原物理ok網)

屏蔽靜電電路原理圖_靜電屏蔽_屏蔽靜電的方法fGB物理好資源網(原物理ok網)

靜電屏蔽的兩種類型fGB物理好資源網(原物理ok網)

靜電屏蔽雖然就只有兩種,一種是空腔導體處在外電場中,內部電場硬度是為0的,另一種是空腔導體內有帶電體的情況,此時空腔要接地才有屏蔽的療效。fGB物理好資源網(原物理ok網)

靜電屏蔽接地與不接地fGB物理好資源網(原物理ok網)

一切物質都由分子構成(這兒不是指物理上的分子),構成分子的粒子是帶電的,因而在外電場條件下,粒子將會有相應的作用出現。fGB物理好資源網(原物理ok網)

對于金屬導體,一個精典數學學的模型是:將每位金屬原子分為原子核和核外電子兩部份,原子核是不可自由運動的,它們按一定排列堆積在一起靜電屏蔽,組成所謂“晶格”;而電子可以自由運動,就像“氣體”一般流動。在這些情況下,導體靜電感應主要是電子在外電場下定向聯通所致。fGB物理好資源網(原物理ok網)

外電場作用下,電子定向聯通后,宏觀表現為導體表面出現感應電荷,同時內部也將遭到感應電荷電場的影響。因為電子聯通的自由性,只有當感應電荷電場與外電場疊加使導體內部電場為零的情況下,電子才停止聯通。這也是我們估算感應電荷分布的原理。fGB物理好資源網(原物理ok網)

因為電場的疊加原理,我們可以分別考慮。在不接地的情況下:外電場,與外電場效應相抵消的感應電荷電場,在電荷守恒的情況下“多余”的電荷的電場(有點疑惑,就是第二種情況下估算一部份電荷,導體總的是不帶電的,之后還會有另一部份電荷與第二部份抵消。)其中前三者效應總是互相抵消,前者與第二種等量異性,其分布總是使自身形成電場在導體內部硬度為零。fGB物理好資源網(原物理ok網)

靜電屏蔽_屏蔽靜電電路原理圖_屏蔽靜電的方法fGB物理好資源網(原物理ok網)

以均勻球殼為例,內部放置一點電荷,則可知內表面將會出現負電荷與其電場效應相抵消,按照電荷守恒,還有等量的正電荷怎么分布?這時可以不考慮前兩個電場的效應(由于早已抵消了),學過化學大賽的同道都曉得,一定量的電荷均勻分布于球殼表面時對其內部任一點形成電場為零,則可知正電荷會均勻分布于球殼表面。fGB物理好資源網(原物理ok網)

如今說接地的問題。可知前三者是一定存在的,不會受接地的影響。而接地的一大前提,就是可將月球視作一個巨大的導體球,其電勢永遠為零(這是有化學根據的,具體問題請參閱相關教材或中學大賽書)。則任一導體接地后,因為電勢差的關系,其表面的第三種電荷總是會流入大地,以達到內部的平衡。所以,當接地時,會有電荷流入大地,致使本來不帶電的導體總體上反倒帶電了。(對于原本就帶電的導體在外電場作用下的情況,可將所帶電荷與第三種電荷合并估算。)fGB物理好資源網(原物理ok網)

靜電屏蔽的應用fGB物理好資源網(原物理ok網)

為了避免外界訊號的干擾,靜電屏蔽被廣泛地應用科學技術工作中。諸如電子儀器設備外邊的金屬罩,通信線纜外邊包的鉛皮等等,都是拿來避免外界電場干擾的屏蔽舉措。fGB物理好資源網(原物理ok網)

①高壓帶電作業(500千伏帶電作業用的屏蔽服)fGB物理好資源網(原物理ok網)

②很多電子儀器,例如示波器的接線都是這樣的屏蔽線fGB物理好資源網(原物理ok網)

③汽車外的天線fGB物理好資源網(原物理ok網)

④有線電視訊號線,外邊就有一層金屬絲,就為了靜電屏蔽,使訊號不受干擾fGB物理好資源網(原物理ok網)

⑤在服務區怕被人打手機,又不能死機,找個金屬袋子裝進去,就弄成了“您撥通的用戶不在服務區”fGB物理好資源網(原物理ok網)

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