静电屏蔽物理原理分析与解读

李奕池

(河北正中实验中学 河北 石家庄 050800)

屏蔽是指，为了防止外界电磁场、电场或是磁场进到某个需要保护的区域.屏蔽主要分为3种，其中包含电磁屏蔽、静电屏蔽以及经磁屏蔽.上述这3种屏蔽的主要目的为根据不同的物理原理，应用屏蔽壳上的感应效应来防止外场影响，进而为保护区布设相应的屏障，防止外界影响.空腔导体处在静电平衡时，它的内部电场并不会受空腔导体外电子的影响，等同于空腔导体对内部空间的保护作用.但如果空腔导体中存在电子，这对外部场强分布是有一定影响，可以通过空腔导体接地来消除此种影响，而外部的感应电荷会由于接地被抵消，进而对应的场强也消失掉.本文主要针对静电屏蔽物理原理进行分析.

1 静电屏蔽概述

实际上，导体的外壳对其有一定的保护作用，让其内部不受到外界因素的影响，此种现象被叫做静电屏蔽.在大分子凝胶中，把材料同高盐度溶液有机结合起来，材料的溶胀度减小也被叫做静电屏蔽效应.

2 静电屏蔽物理原理分析

(1)若是把导体放入到电场强度是E的外电场中，在电场力的充分作用下导体中的自由电子会逐渐朝着电场的方向移动.如此，导体的正电荷在一边，负电荷在一边，这便是静电感应现象.因为导体内部电荷的重新排列，这些电荷形成了用另一个电场，刚还同外电场的方向相反，电场强度是E内.依据场强的叠加原理，导体中的电场强度等同E内与E内的和，同反向电场叠加会互相抵消，让导体中的总电场变成零.若是导体的总电场是零，导体中的自由电子不会在移动.物理学把导体内没有电子移动的状态称之为静电平衡.而处在静电平衡的导体的电场强度是零.从此能够看出，达到静电平衡的导体，电子只分布在表面.若是这个导体中空，实现静电平衡时，内部电场也会丧失掉.如此，导体的外壳就会对其产生保护作用，让其不受外电场影响，此种现象为静电屏蔽[1].

(2)著名的物理学家法拉第冒着一定危险，做了法拉第笼实验.他将自己关在笼中，当笼外出现巨大的静电放电时，没有发生任何事.

(3)静电屏蔽.为了防止世界电场影响仪器设备，或是防止电器设备影响外界电场，利用空腔导体遮住外电场，防止对内部影响，也不让电器设备影响外界，这被称为静电屏蔽.

(4)基于静电平衡的状态下，不管是实心导体还是空心导体；不管导体自身带有多少电，或是导体是否在外电场内，一定为等势体，它的内部场强是零，可以说，其是静电屏蔽的有力依据[2].

(6)在交联高分子之中，高分子链侧基因为交联作用而被固定在分子中，而同侧基基团相关的离子会因溶剂分子逐渐扩散而降低，为此导致凝胶中的电子密度变大，凝胶分子因为静电斥力导致凝胶体积变大，主要体现阻塞凝胶出现溶胀.基于高盐浓度下，溶液内的反离子浓度增加.在使用高盐浓度溶液对交联高聚物进行溶解，因为溶剂分子的散发性让离子扩散到凝胶分子中，这些高聚物分子同反离子侧基融合，使分子内部的电子斥力遭到屏蔽，降低高聚物分子溶胀度.此种现象被叫做电子屏蔽.

(7)需高度重视的是若是外部电场为交变电场，静电屏蔽的条件是无法成立的.

3 静电屏蔽的用途

静电屏蔽的意义有两点.第一，现实意义.屏蔽让金属导体壳中的仪器不影响外电场.或是工作环境不受外电场影响，一些测量设备与电子器件为了防止干扰，皆需要进行静电屏蔽，比如室内给压力较大的设备罩上较密或是接地的金属网，电子管网利用金属管壳.又比如桥式整流或是全波整流的电源变压器，在次级绕组与初期绕组间绕上一层漆包线或是上金属薄片让其接地，实现屏蔽的作用.在高压带作业过程中，工人穿上用导电纤维或是金属丝织成的均压服，能够有效保护人体，将电力屏蔽掉[4].在电力实验过程中，因为地球周边存在诸多竖直电场.若想将这个电场对电荷的影响排除掉，分析电荷只在重力作用下的运动，则务必有eE<10-10V/m，其一个静电场几乎为零的静电真空，只有将其抽成空腔才能实现静电屏蔽.实际上，从一个封闭导体实现静电屏蔽十分有效.

4 结束语

总之，加强对静电屏蔽物理原理分析与解读十分重要，其不但同物理学科良好发展有关，还同社会公众生命健康安全有莫大联系.为此，相关人员需给予静电屏蔽物理原理分析高度重视，通过行之有效的手段，促使其存在的价值与效用发挥出最大化.