静电屏蔽知多少

4静电屏蔽知多少

有个新闻报道一个现象：A 同学自从给手机四周镶嵌着一圈银色的金属壳后，发现手机信号时强时弱，不是显示为正在搜索，便是无服务，手机信号格不停地在四格与三格之间跳动，不时出现信号消失的现象。大家能帮他找出此现象的症结吗？让我们先来了解静电平衡。 如果将导体放在电场强度为E 的外电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，会逆电场方向运动。这样，导体的负电荷分布在一边，正电荷分布在另一边，这就是静电感应现象。

由于导体内电荷的重新分布，这些电荷在与外电场相反的方向形成另一电场，电场强度为E 内。根据场强叠加原理，导体内的电场强度等于E 外和E 内的叠加，等大反向的电场叠加而互相抵消，使得导体内部总电场强度为零。

当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子不再移动。物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。

由此可推知，处于静电平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。如果这个导体是中空的，当它达到静电平衡时，内部也将没有电场。这样，导体的外壳就会对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。

在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少，或者导体是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础。

前面那个现象的原因是A 同学漂亮手机壳是一个完整的闭环金属框，而一个封闭的回路会形成静电屏蔽，因而对手机信号造成影响，就出现了信号的不稳定。

电磁学的奠基人、英国物理学家法拉第曾经冒着被电击的危险，做了一个

闻名于世的实验——法拉第笼实验。法拉第把自己关在金属笼内，当笼外发生

强大的静电放电时，什么事都没发生。法拉第笼是由笼体、高压电源、电压显

示器和控制部分组成。其笼体与大地连通，

高压电源通过限流电阻将10万伏直

流高压输送给放电杆，当放电杆尖端距笼体10厘米时，出现放电火花，根据接

地导体静电平衡的条件，笼体是一个等位体，内部电势为零，电场为零，电荷

分布在接近放电杆的外表面上。在笼里，即使笼内人员将手贴在笼壁上，使放

电杆向手指放电，笼内人员不仅不会触电，而且还可以体验电子风的清凉感觉，

这是因为人体触电的原因是身体的不同部位存在电位差，强电流通过身体，此时手指虽然接近放电火花，但放电电流是通过 手指前方的金属网传入大地，身体并不存在电位

差，没有电流通过，所以没有触电的感觉。（请勿模仿）

高压带电作业操作员的防护服就是用金属丝制成，接触高压线时形成等电位，

人体不通过电流，起到保护作用。外壳接地的法拉第笼可以有效地隔绝笼体内外

的电场和电磁波干扰，这叫做“静电屏蔽”。许多仪器设备采用接地的金属外壳

可有效地避免壳体内外电场的干扰。由于法拉第笼的电磁屏蔽原理，所以在汽车

中的人是不会被雷击中的，而且在同轴电缆也可以不受干扰的传播讯号，同样，

也是因为法拉第笼的原理，如果电梯内没有中继器的话，那么当电梯关上的时候，里面任何电子讯号也收不到。

同轴电缆

穿防护服高压带作操作员