❶ 關於靜電屏蔽的經典例題
一個勻強電場 場強為E 放入導體後 導體左端感應負電荷,右端感應正電荷,內部場強為零,但是原電場的場強受沒受到影響理想情況下,假設導體的兩個面都是無窮大,且垂直於場強方向,正如你圖中所畫的那樣,左面感應負電荷,右面感應等量正電荷,電荷在這兩個表面上都是均勻分布的,則這兩個感應電荷面產生的場強在空間疊加,結果是在導體內產生於外場方向相反的感應電場,兩者抵消,到體內場強為零,而導體外部感應場強疊加的結果正好為零,不影響原電場分布。兩個導體面感應電荷產生的場強在空間的分布及疊加示意圖
❷ 屏蔽內電場的應用有哪些
一、什麼是靜電屏蔽現象
處於靜電平衡狀態的導體,內部電場強度處處為零。
空腔導體(不論是否接地)的內部空間不受外電荷和電場的影響;接地的空腔導體,腔外空間不受腔內電荷和電場影響,這種現象稱為靜電屏蔽。
靜電屏蔽分為外屏蔽和全屏蔽。
空腔導體在外電場中處於靜電平衡,其內部的場強總等於零。因此外電場不可能對其內部空間發生任何影響。
若空腔導體接地時,外表面上的感應電荷被大地電荷中和,所以不帶電荷。金屬空腔是零等勢體。
若空腔導體接地,且腔外有帶電體時,外表面上的感應電荷被大地電荷部分中和,所帶電荷的多少必須保證腔內、腔內表面、腔外表面以及腔外電荷在導體內產生的場強為零,即滿足靜電平衡條件。金屬空腔是零電位。
當空腔導體接地時金屬空腔是零等勢體,由靜電場邊值問題的唯一性定理可以證明:此時殼內的任何電場都不影響外界,也不受外界影響。
二、靜電屏蔽的應用
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,也不對外部電場產生影響。
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。軍事通訊電纜外麵包的鉛皮,或在外麵包一層金屬絲,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。又如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並使之接地,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,還可採用金屬屏蔽網,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麵包有一層金屬絲網做為屏蔽。
屏蔽產品:近年來又興起了一種防靜電屏蔽袋。這種防靜電屏蔽袋以透明度好、抗撕度弱、手感比較硬的APET/CPP(半鍍鋁膜/聚丙烯流延薄膜)或者熱封性好、撕裂度好、拉力強、手感比較軟的APET/CPE(半鍍鋁膜/聚乙烯薄膜)為材質,能有效隔離物品與外部靜電場,防止袋內產生靜電,保護物品不受靜電危害。這種袋子一般用於保護PCB、LED等靜電敏感元器件,可以最大程度的保護電敏感元器件免受潛在靜電危害。
此外,一些如靜電屏蔽檢測表、靜電屏蔽檢測儀等電子產品,還有一些防靜電服、防靜電鞋子、防靜電帽子等。
隨著科技的進一步發展,靜電屏蔽在各個方面的應用越來越廣,所發揮的效用也會越來越大。
❸ 如何實現靜電屏蔽
原理:如果將導體放在電場強度為E外的外電場中,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。由於導體內電荷的重新分布,這些電荷在與外電場相反的方向形成另一電場,電場強度為E內。根據場強疊加原理,導體內的電場強度等於E外和E內的疊加。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。處於靜電平衡狀態的導體,內部電場強度處處為零。由此可推知,處於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。
應用:為防止外界的場 (包括電場、磁場 ,電磁場 )進入某個需要保護的區域 ,稱為屏蔽 .屏蔽分為靜電屏蔽、靜磁屏蔽、電磁屏蔽是電磁學的三種不同分支.這三種屏蔽的根本目的則是依據不同的物理原理 ,利用屏蔽殼上由外場產生的感應效應來抵禦外場的影響 ,從而為「保護區」設立了屏障 ,抑制了外界的干擾。在工程技術中,如果需要屏蔽的區域較大,還可採用金屬屏蔽網,也有良好的屏蔽效果。在電子儀器中,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麵包有一層金屬絲網做為屏蔽。某些用途的電源變壓器中,常在初級繞組與次級繞組之間放置一不閉合的金屬薄片作為屏蔽裝置。
❹ 急急急 請問什麼是靜電屏蔽,請具體解釋
靜電屏蔽
為防止外界的場 (包括電場、磁場 ,電磁場 )進入某個需要保護的區域 ,稱為屏蔽 .屏蔽分為靜電屏蔽、靜磁屏蔽、電磁屏蔽是電磁學的三種不同分支.這三種屏蔽的根本目的則是依據不同的物理原理 ,利用屏蔽殼上由外場產生的感應效應來抵禦外場的影響 ,從而為「保護區」設立了屏障 ,抑制了外界的干擾。
靜電屏蔽[1]:為了避免外界電場對儀器設備的影響,或者為了避免電器設備的電場對外界的影響,用一個空腔導體把外電場遮住,使其內部不受影響,也不使電器設備對外界產生影響,這就叫做靜電屏蔽。空腔導體不接地的屏蔽為外屏蔽,空腔導體接地的屏蔽為全屏蔽。空腔導體在外電場中處於靜電平衡,其內部的場強總等於零。因此外電場不可能對其內部空間發生任何影響。若空腔導體內有帶電體,在靜電平衡時,它的內表面將產生等量異號的感生電荷。如果外殼不接地則外表面會產生與內部帶電體等量而同號的感應電荷,此時感應電荷的電場將對外界產生影響,這時空腔導體只能對外電場屏蔽,卻不能屏蔽內部帶電體對外界的影響,所以叫外屏蔽。如果外殼接地,即使內部有帶電體存在,這時內表面感應的電荷與帶電體所帶的電荷的代數和為零,而外表面產生的感應電荷通過接地線流入大地。外界對殼內無法影響,內部帶電體對外界的影響也隨之而消除,所以這種屏蔽叫做全屏蔽。為了防止外界信號的干擾,靜電屏蔽被廣泛地應用科學技術工作中。例如電子儀器設備外面的金屬罩,通訊電纜外麵包的鉛皮等等,都是用來防止外界電場干擾的屏蔽措施。
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,或者導體是否處於外電場中,必定為等勢體,其內部場強為零,這是靜電屏蔽的理論基礎。
因為封閉導體殼內的電場具有典型意義和實際意義,我們以封閉導體殼內的電場為例對靜電屏蔽作一些討論。
(一)封閉導體殼內部電場不受殼外電荷或電場影響。
如殼內無帶電體而殼外有電荷q,則靜電感應使殼外壁帶電(如圖1)。靜電平衡時殼內無電場。這不是說殼外電荷不在殼內產生電場,根
發電場。由於殼外壁感應出異號電荷,它們與q在殼內空間任一點激發的合場強為零。因而導體殼內部不會受到殼外電荷q或其他電場的影響。殼外壁的感應電荷起了自動調節作用。
如果把上述空腔導體外殼接地(圖2),則外殼上感應正電荷將沿接地線流入地下。靜電平衡後空腔導體與大地等勢,空腔內場強仍然為零。
如果空腔內有電荷,則空腔導體仍與地等勢,導體內無電場。這時因空腔內壁有異號感應電荷,因此空腔內有電場(圖3)。此電場由殼內電荷產生,殼外電荷對殼內電場仍無影響。
由以上討論可知,封閉導體殼不論接地與否,內部電場不受殼外電荷影響。
(二)接地封閉導體殼外部電場不受殼內電荷的影響。
如果殼內空腔有電荷q,因為靜電感應,殼內壁帶有等量異號電荷,殼外壁帶有等量同號電荷,殼外空間有電場存在(圖4),此電場可以說是由殼內電荷q間接產生。也可以說是由殼外感應電荷直接產生的。
但如果將外殼接地,則殼外電荷將消失,殼內電荷q與內壁感應電荷在殼外產生電場為零(圖5)。可見如果要使殼內電荷對殼外電場無影響,必須將外殼接地。這與第一種情況不同。
這里還須注意:①我們說接地將消除殼外電荷,但並不是說在任何情況殼外壁都一定不帶電。假如殼外有帶電體,則殼外壁仍可能帶電,而不論殼內是否有電荷(圖6)。
②實際應用中金屬外殼不必嚴格完全封閉,用金屬網罩代替金屬殼體也可達到類似的靜電屏蔽效果,雖然這種屏蔽並不是完全、徹底的。
③在靜電平衡時,接地線中是無電荷流動的,但是如果被屏蔽的殼內的電荷隨時間變化,或者是殼外附近帶電體的電荷隨時間而變化,就會使接地線中有電流。屏蔽罩也可能出現剩餘電荷,這時屏蔽作用又將是不完全和不徹底的。
總之,封閉導體殼不論接地與否,內部電場不受殼外電荷與電場影響;接地封閉導體殼外電場不受殼內電荷的影響。這種現象,叫靜電屏蔽。
靜電屏蔽有兩方面的意義,其一是實際意義: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,也不對外部電場產生影響。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,如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。又如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並使之接地,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,因地球附近存在著大約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<meg,可算出E<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才能實現。事實上,由一個封閉導體空腔實現的靜電屏蔽是非常有效的。
其二是理論意義:間接驗證庫侖定律。高斯定理可以從庫侖定律推導出來的,如果庫侖定律中的平方反比指數不等於2就得不出高斯定理。反之,如果證明了高斯定理,就證明庫侖定律的正確性。根據高斯定理,絕緣金屬球殼內部的場強應為零,這也是靜電屏蔽的結論。若用儀器對屏蔽殼內帶電與否進行檢測,根據測量結果進行分析就可判定高斯定理的正確性,也就驗證了庫侖定律的正確性。最近的實驗結果是威廉斯等人於1971年完成的,指出在式
F=q1q2/r2±δ中,δ<(2.7±3.1)×10-16,
可見在現階段所能達到的實驗精度內,庫侖定律的平方反比關系是嚴格成立的。從實際應用的觀點看,我們可以認為它是正確的。
處於靜電平衡狀態的導體,內部的場強處處為零。把一個實心導體挖空,變成一個導體殼,殼內的場強仍處處為零。這樣,導體殼就可以保護它所包圍的區域,使這個區域不受外部電場的影響,這種現象叫做靜電屏蔽。
在工程技術中,如果需要屏蔽的區域較大,還可採用金屬屏蔽網,也有良好的屏蔽效果。在電子儀器中,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麵包有一層金屬絲網做為屏蔽。某些用途的電源變壓器中,常在初級繞組與次級繞組之間放置一不閉合的金屬薄片作為屏蔽裝置。