静电屏蔽物理原理分析与解读

章策

摘 要：静电屏蔽指的就是外面的电场无法进入到屏蔽区域当中，而里面的电场也无法出去。屏蔽包括静电屏蔽和静磁屏蔽以及电磁屏蔽三种类型，这三种屏蔽方式的物理原理是不同的，通过屏蔽壳的感应效应，避免受到外场的影响，设计屏障保护区，避免外界的干扰。本文主要论述了静电屏蔽的物理原理，从而可以深入了解相关知识和现象。

关键词：静电屏蔽;物理原理;屏蔽区域;电场

1.概述静电屏蔽的含义

1.1外边的电场进不来

导体腔可以屏蔽外电场，即使导体腔外具有很多的电荷，导体腔外表面以内的电场强度都是零。但是这并不代表外部电荷在导体腔内不会产生电场，例如在腔外放一带电体，那么导体腔所在区域也会存在电场。导体腔区域场强之所以为零，是因为导体腔外部的表面产生了感应电荷，这些感应电荷在与外电场相反的方向形成另一电场，感应电荷产生的电场与导体腔外带电体产生的电场相互抵消，从而导致导体腔所在区域内的场强矢量的和就是零。

这也就是为什么外面的电场无法进入，这样一来我们就可以利用封闭导体面保护某些区域，避免某些区域受到电场的干扰，在实际应用过程中，利用金属网可以发挥出屏蔽功能。

1.2里面的電场出不去

例如人们不希望某个带电体的电场影响到外界，就可以利用导体封闭带电体，再实现导体的接地措施，这样就无法散发带电体的电场。选择的导体壳是非常重要的，如果壳内存在电荷，那么壳内表面由于静电感应会携带的等量异号的电荷，而外表面会携带等量同号的电荷，从而就会在外空间产生电场，但通过接地措施，可以向地下引入外表面的电荷，导致壳外场强为零，发挥出屏蔽的功能。

导体壳内电荷也会产生一定的电场，因为有电荷就一定能产生电场，但因为导体壳当中存在等量、异号的电荷，产生的电场在外空间相互抵消，从而场强矢量和为零。

在壳外产生的电场强度矢量之和是零，但是在壳外仍旧存在感应电荷，感应电荷会产生电场，因此需要将导体壳采取接地措施，这样一来壳内电荷才不会影响到壳外。

总结静电屏蔽，壳外电荷不会影响到封闭导体壳内部电场，内电荷也不会影响到接地封闭导体壳外部的电场，这就是所谓的静电屏蔽。

2.静电屏蔽的物理原理概述

将导体A放入到某电场中，导体A的电子在电场`E0的作用下会进行移动，导体两端存在着正电荷和负电荷，会产生一个附件电场`E，并且和原电场`E0是反向，因此在导体A内会产生总场强。利用公式表达为：`E=`E+`E0

本文主要讨论了静电学问题，存在`E，那么就代表存在力。针对导体内部的总场强，如果`E为零，那么导体内部电子就不会进行移动，这个时候导体静电处于平衡状态，如果总场强`E为零，那么就要做到`E=-`E0，此时导体就达到了静电平衡状态。在这个状态下，导体如下：

导体内部的场强为零，导体属于等势体，导体表面属于等势面。导体内部的电荷没有被彻底抵消，只是在导体的外表面分布电荷。在导体当中，静电场地位较为特殊，性质也比较特殊，在均匀导体内部，电荷的存在无法得到维持。因为导体内部的电荷衰减速度非常快，因此导体内部不具备任何电荷，即使存在电荷也会在极短时间内消失，电荷会流动到导体表面外，因此如果导体是孤立的，那么就不会产生电场，整体导体电势也是均等的，并且会逐渐发展成为一等势体。

导体壳自身是没有电场的，壳外电场线只能连接到壳外侧，如果壳内存在电场，壳内电场线只能到达壳内侧，壳内电场和外电场之间并没有较大的关系，只是对于壳本身电势起到一定的影响。如果实现导体壳的接地，那么导体壳就会对于壳内电场起到屏蔽作用，这样一来壳外电场就不会起到任何干扰作用，这就是本文讨论的静电屏蔽，导体壳对于保卫区域起到屏蔽作用。

3.概述屏蔽的性质

以中性球壳为例子，如果在壳中心存在正电荷q，当球壳达到静电平衡状态，那么球壳表面一定会存在电荷-q。再加上球壳属于中性，因为电荷守恒定律，如果球壳外表面存在电荷q，球壳具备对称性，因此电荷会均匀分布在球壳内部和外部。

球壳外表电荷产生的场强就是总场强，对于整个空间的场强起到直接的影响。如果球壳接地，那么在排斥力的影响下，会向大地传输电荷。腔内电荷不会影响到接地球壳外部的电场分布情况，就将空间划分为内外两个部分。两个部分的电场不会相互影响，也不会产生干扰作用。需要明确的是接地腔体不仅可以实现电场屏蔽，同时也可以实现电位屏蔽，在内外区域当中电位是唯一的和独立的，并且不会产生影响。带电体会影响到外部空间的场强分布，要想将这种影响消除，可以实现空腔导体的接地，中和外表面的感应电荷，也会随之消失相应的场强。

结束语：

通过以上综合的论述，外部电荷不会影响到封闭的空腔导体的内部电场。腔内电荷也不会影响到接地的封闭空腔导体外部电场。静电屏蔽实现了电场屏蔽和电位屏蔽，实质上就是防止发生静电感应情况，将电容耦合消除。

参考文献

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