靜電平衡及其應(yīng)用

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1、03211002李浩源1120100676靜電屏蔽及其應(yīng)用班級：03211002姓名：李浩源學(xué)號：1120100676摘要：本文從我在日常生活中的遇到的打電話不清楚的的問題出發(fā)，提出了靜電屏蔽問題，闡明了其原理，并作出了相應(yīng)的解釋與說明，并提出了靜電屏蔽的意義，最后從實(shí)際出發(fā)，介紹的靜電屏蔽的原理在生活中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：靜電屏蔽，外屏蔽，全屏蔽，靜電場，靜電平衡我在實(shí)際生活中遇到的問題：有時候我們打電話，常常會遇到這樣的現(xiàn)象，明明在外面跟別人聊得好好地，結(jié)果走進(jìn)樓里卻發(fā)現(xiàn)，信號變得不清楚了，聽到電話那頭的人說話斷斷續(xù)續(xù)，很不清楚，當(dāng)走進(jìn)電梯的時候，發(fā)現(xiàn)信號完全沒有，連對方的一點(diǎn)

2、聲音都聽不見，這又如何解釋呢？其實(shí)，這個現(xiàn)象就是靜電屏蔽的效應(yīng)，我們現(xiàn)在的大樓是由鋼筋混凝土制成的，一個大樓內(nèi)部有交錯相連的一根根鋼筋組成，這些鋼筋就會形成近似封閉的金屬體，我們就在這個巨大的卻又有巨大縫隙的的金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，發(fā)生了比較弱的靜電屏蔽現(xiàn)象，因此會聽到斷斷續(xù)續(xù)的說話聲，但總歸還是能聽到。而到了電梯中，電梯是一個完全封閉的金屬立方體，并不像樓的結(jié)構(gòu)，還有很多得縫隙，這時候靜電屏蔽現(xiàn)象就會特別明顯，因而根本收不到一點(diǎn)信號。這就是我們生活中很常見的一個靜電屏蔽現(xiàn)象，靜電屏蔽原理在我們生活中的應(yīng)用有很多，那么這個現(xiàn)象的理論原理又是什么呢？靜電屏蔽原理：03211002李浩源

3、1120100676導(dǎo)體的外殼對它的內(nèi)部起到“保護(hù)”作用，使它的內(nèi)部不受外部電場的影響，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。如果將導(dǎo)體放在電場強(qiáng)度為E外的外電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場力的作用下，會逆電場方向運(yùn)動。這樣，導(dǎo)體的負(fù)電荷分布在一邊，正電荷分布在另一邊，這就是靜電感應(yīng)現(xiàn)象。由于導(dǎo)體內(nèi)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(qiáng)度為E內(nèi)。根據(jù)場強(qiáng)疊加原理，導(dǎo)體內(nèi)的電場強(qiáng)度等于E外和E內(nèi)的疊加。當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)部總電場強(qiáng)度為零時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再移動。在物理學(xué)中將導(dǎo)體中沒有電荷移動的狀態(tài)叫做靜電平衡。處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部電場強(qiáng)度處處為零。由此可推知，處于靜電平

4、衡狀態(tài)的導(dǎo)體，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上。如果這個導(dǎo)體是中空的，當(dāng)它達(dá)到靜電平衡時，內(nèi)部也將沒有電場。這樣，導(dǎo)體的外殼就會對它的內(nèi)部起到“保護(hù)”作用，使它的內(nèi)部不受外部電場的影響，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。法拉第曾經(jīng)冒著被電擊的危險，做了一個聞名于世的實(shí)驗(yàn)——法拉第籠實(shí)驗(yàn)。法拉第把自己關(guān)在金屬籠內(nèi)，當(dāng)籠外發(fā)生強(qiáng)大的靜電放電時，他并未受到任何影響。靜電屏蔽分為外屏蔽和全屏蔽：空腔導(dǎo)體在外電場中處于靜電平衡，其內(nèi)部的場強(qiáng)總等于零。因此外電場不可能對其內(nèi)部空間發(fā)生任何影響。若空腔導(dǎo)體內(nèi)有帶電體，在靜電平衡時，它的內(nèi)表面將產(chǎn)生等量異號的感生電荷。如果外殼不接地則外表面會產(chǎn)生與內(nèi)部帶電體等量

5、而同號的感應(yīng)電荷，此時感應(yīng)電荷的電場將對外界產(chǎn)生影響，這時空腔導(dǎo)體只能對外電場屏蔽，卻不能屏蔽內(nèi)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(nèi)部有帶電體存在，這時內(nèi)表面感應(yīng)的電荷與帶電體所帶的電荷的代數(shù)和為零，而外表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過接地線流入大地。外界對殼內(nèi)無法影響，內(nèi)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。在實(shí)際應(yīng)用中，金屬外殼不必嚴(yán)格完全封閉，用金屬網(wǎng)罩（類似我們前文提到的在樓中打電話）代替金屬殼體也可達(dá)到類似的靜電屏蔽效果，雖然這種屏蔽并不是完全、徹底的。但是也能產(chǎn)生很明顯的效果。靜電屏蔽的意義：03211002李浩源1120100676靜

6、電屏蔽的實(shí)際意義：屏蔽使金屬導(dǎo)體殼內(nèi)的儀器或工作環(huán)境不受外部電場影響，也不對外部電場產(chǎn)生影響。有些電子器件或測量設(shè)備為了免除干擾，都要實(shí)行靜電屏蔽。在靜電實(shí)驗(yàn)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(yùn)動，則必須有qE<

7、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(jù)高斯定理，絕緣金屬球殼內(nèi)部的場強(qiáng)應(yīng)為零，這也是靜電屏蔽的結(jié)論。若用儀器對屏蔽殼內(nèi)帶電與否進(jìn)行檢測，根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行分析就可判定高斯定理的正確性，也就驗(yàn)證了庫侖定律的正確性。在本文中就不做詳細(xì)討論。靜電屏蔽的應(yīng)用：為防止外界的場(包括電場、磁場、電磁場)進(jìn)入某個需要保護(hù)的區(qū)域,稱為屏蔽。屏蔽分為靜電屏蔽、靜磁屏蔽、電磁屏蔽。這三個是電磁學(xué)的三種不同分支，這三種屏蔽的根本目的則是依據(jù)不同的物理原理，靜電屏蔽就是利用屏蔽殼上由外場產(chǎn)生的