静电屏蔽的原理与应用教学提纲

静电屏蔽的原理与应

用

静电屏蔽的原理与应用

摘要：在物理学中，为防止外界的场（包括电场、磁场、电磁场）进入某个需要保护的区域,称为屏蔽。屏蔽分为静电屏蔽、静磁屏蔽、电磁屏蔽是电磁学的三种。这三种屏蔽的根本目的则是依据不同的物理原理，利用屏蔽壳上由外场产生的感应效应来抵御外场的影响,从而为“保护区”设立了屏障,抑制了外界的干扰。本文将着重探讨静电屏蔽的原理与应用。

关键词：静电屏蔽、应用

1.静电屏蔽

将导体A放入电场E中，导体A内的电子在作用下移动。导体两端积累正、负电荷，因此产生一个附加电场并与反向，此导体A内的总场强

E =+

而我们所讨论的为静电学问题，有E存在，便有力存在。因此只有导体内部总场强E=0时，导体电子不再发生移动,此状态称为导体静电平衡状态。若总场强E=0时,则必须有=，而总场强E=0为导体处于静电平衡状态的条件。

在此状态下,导体具有:

①导体内部场强处处为零,导体是一个等势体，导体表面是

个等势面；②导体内部没有未被抵消净电荷，电荷只分布

在导体的外表面。

对于空心导体壳,如果壳内无孤立绝缘电荷，则壳内侧也不可能有面电荷，这是因为面电荷必然是电力线的起点或终点。既没有孤立电荷，壳体内又没有电场，电力线的起点和终点，只能在壳内侧，这就必须在壳内侧同时有正、负电荷，而壳内侧由壳本身的导体连接，是一个等势面.因而不可能是同一电力线的起点和终点。可见壳内侧不能有电荷，壳内不能有电场，所有的电荷只能在壳外侧，外侧所包围的空间是一等势体。导体壳本身没有电场，壳外电力线只能到壳外侧。如果壳内有电现象，壳内电力线只能到壳内侧。壳内、外电现象互相无关，只是影响壳本身的电

势。若将导体壳接地，此时导体壳具有屏蔽壳内电现象，使之不受壳外电现象干扰的作用。这种现象称之为静电屏蔽，导体壳保卫了它所包围的区域。

2.静电屏蔽的应用

静电屏蔽的应用非常广泛。比如，有些电子器件或测量设备为了免除干扰，都要实行静电屏蔽。作全波整流或桥式整流的电源变压器，在初级绕组和次级绕组之间包上金属薄片或绕上一层漆包线并使之接地，达到屏蔽作用。在高压带电作业中，施工人员穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服，可以对人体起屏蔽保护作用。在研究电子的加速器的问题时，要将磁场限制在两个型金属盒内。这样带电粒子在磁场中就只考虑洛仑兹力的作用，在型金属盒中间只受加速电场的作用。

接地的封闭金属壳是一种良好的静电屏蔽装置。它把空间分割成壳内外两个区域。因此接地金属壳对内部区域具有屏蔽作用。同样，壳外的电场仅由壳外的带电体所确定，与壳内电荷分布无关。因此，接地的金属壳对外部区域也具有屏蔽作用。比如，电子管用金属管壳来屏蔽外电场。在电子仪器中，为了免受静电干扰，常利用接地的仪器金属外壳作屏蔽装置。

实际上金属外壳不一定严格封闭，金属丝编织成的金属网同样具有相当好的静电屏蔽作用。虽然这种屏蔽并不是完全、彻底的。很显然，金属网越密，屏蔽的越好，那样成本越高。在工程

技术中，如果需要屏蔽的区域较大，就可采用金属屏蔽网。如室内高压设备罩上接地的金属罩或较密的金属网罩。电测量仪器中的某些联接线的导线绝缘外面包有一层金属丝网做为屏蔽。

静电屏蔽不但能够防止静电干扰，也一样能防止交变电场的干扰，所以许多仪器的外壳用导电材料制作并且接地。现在虽然有越来越多的仪器用工程塑料 (ABS)制作外壳，但当你打开外壳时，仍然会看到在机壳的内壁上粘贴有一层接地的金属薄膜，它起到与金属外壳一样的静电屏蔽作用。在静电屏蔽时，需要使金属壳的电位保持恒定，所以接地是十分重要的。

还要注意，在静电平衡时，接地线中是无电荷流动的。但是如果被屏蔽的壳内的电荷随时间变化，或者是壳外附近带电体的电荷随时间而变化，壳上就会出现宏观移动的电荷，就会使接地线中有电流。屏蔽罩也可能出现剩余电荷，这时屏蔽作用将是不完全、不彻底的。