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什麽是靜電屏蔽

靜電屏蔽是指導體殼的表面保護它的內部區域,使之不受導體殼外表面上的電荷或外界電場影響的現象。 在靜電平衡狀態下,空腔內部沒有電場,不管導體本身帶電還是處於外界電場中這壹結論始終成立。

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壹邊,正電荷分布在另壹邊,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壹電場,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。

法拉第曾經冒著被電擊的危險,做了壹個聞名於世的實驗——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,什麽事都沒發生。

靜電屏蔽: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,用壹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。

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。