靜電屏蔽
靜電屏蔽的目的是防止外部靜電場進入要保護的區域。靜電屏蔽的原理是導體的表麵電荷在外部靜電場的作用下會重新分布,直到導體內部的總場強處處為零。接地的封閉金屬外殼是良好的靜電屏蔽裝置。如圖,接地的封閉金屬外殼將空間分為外殼內外兩個區域,金屬外殼保持零電位。根據靜電場的定理,可以證明金屬殼內的電場隻由殼內帶電體和殼的電位決定,與殼外電荷分布無關。當殼體外的電荷分布發生變化時,殼體外表麵的電荷分布發生變化,從而保持殼體內的電場分布不變。因此,金屬外殼可以屏蔽內部區域。殼外電場隻由殼外帶電體和金屬殼的電勢以及無窮遠處的電勢決定,與殼內電荷分布無關。當殼體內部的電荷分布發生變化時,殼體內表麵的電荷分布也隨之變化,從而保證殼體外部的電場分布保持不變。因此,接地的金屬外殼也可以屏蔽外部區域。在靜電屏蔽中,金屬外殼的接地非常重要。當殼體內或殼體外的電荷分布發生變化時,電荷通過接地線在殼體外表麵和大地之間重新分布,從而保證殼體電位恒定。從物理形象上看,由於靜電平衡時金屬內部沒有電場,所以外殼內外的電場線被金屬隔斷,互不相通。因此,導體外殼具有隔離外殼內外靜電相互作用的效果。
如果金屬外殼沒有完全封閉,外殼有孔洞或接縫,也會有靜電屏蔽的作用。在許多實際應用中,靜電屏蔽裝置往往采用金屬絲編織的金屬網代替封閉的金屬外殼。即使是一塊金屬板,一根金屬線,也有一定的靜電屏蔽效果,但屏蔽效果不如金屬外殼。
在外加電場的作用下,導體上電荷的重新分布可以在10-19秒的量級內完成。因此,對於低頻變化的電場,導體上的電荷有足夠的時間保證內部場強為零。因此,靜電屏蔽裝置也可以屏蔽緩慢變化的電場。為了提高對變化電場的屏蔽效果,屏蔽材料的電導率要大,接地線要短,與地麵接觸要好。
穿著高壓工作服的人被裹在銅線編織的衣服裏,人體內的場強保持為零,所以沒有電流流過人體,人體是安全的。但在操作者接觸高壓線的瞬間,高壓服上的電荷有一個瞬時分布過程。在短的時間內,人會經曆一個短時的弱電場,一般的操作者是經得起這個考驗的。靜電屏蔽的特點是,一般隻考慮靜電場的屏蔽,封閉導體的屏蔽作用是完全的(即內部場強真的可以等於零),對屏壁外殼的厚度和導電性沒有要求。隻是當低頻交流電場的屏蔽包含在靜電屏蔽中時,總是希望屏蔽外殼的導電率越高越好。
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