靜電屏蔽原理

1、靜電屏蔽的原理與應(yīng)用 指導(dǎo)老師：楊曉梅學(xué)院：物理電氣信息學(xué)院專(zhuān)業(yè)：2013級(jí)物理師范姓名：王彩霞學(xué)號(hào)：12013241678 2022-5-53 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出l1.1.為什么把鳥(niǎo)放入一個(gè)用金屬網(wǎng)為什么把鳥(niǎo)放入一個(gè)用金屬網(wǎng)制成的鳥(niǎo)籠中，再把鳥(niǎo)籠放入高制成的鳥(niǎo)籠中，再把鳥(niǎo)籠放入高壓電場(chǎng)中，鳥(niǎo)會(huì)安然無(wú)恙呢？壓電場(chǎng)中，鳥(niǎo)會(huì)安然無(wú)恙呢？l2.2.為什么坦克敢闖高壓電網(wǎng)，難為什么坦克敢闖高壓電網(wǎng)，難道坦克兵不怕觸電嗎？道坦克兵不怕觸電嗎？ 什么是靜電屏蔽？什么是靜電屏蔽？l一：靜電感應(yīng)現(xiàn)象 放入電場(chǎng)中的導(dǎo)體，其內(nèi)部的自由電子在電場(chǎng)力的作用下向電場(chǎng)的反方向移動(dòng)，致使導(dǎo)體的兩端分別出現(xiàn)等量的正、負(fù)電荷

2、。這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)現(xiàn)象。l二：靜電平衡狀態(tài)： 導(dǎo)體中（包括表面）沒(méi)有電荷定向移動(dòng)的狀態(tài)叫靜電平衡狀態(tài)。處于靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的性質(zhì)（1）導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。（2）導(dǎo)體表面上任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向跟該點(diǎn)的表面垂直。（3）導(dǎo)體所帶的凈電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上，導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈電荷。（4）處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面。2022-5-52022-5-55三、靜電屏蔽腔內(nèi)q與內(nèi)表面的感應(yīng)電荷-q ,對(duì)外部場(chǎng)的貢獻(xiàn)恒為零。第二類(lèi)空腔靜電屏蔽第二類(lèi)空腔靜電屏蔽。若第二類(lèi)空腔導(dǎo)體接地時(shí)，外表面上的感應(yīng)電荷被大地電荷中和，所以不帶電荷。金屬空腔是零等勢(shì)體。若第二類(lèi)空腔導(dǎo)體接地，且腔外有帶電體

3、時(shí)，外表面上的感應(yīng)電荷被大地電荷部分中和，所帶電荷的多少必須保證腔內(nèi)、腔內(nèi)表面、腔外表面必須保證腔內(nèi)、腔內(nèi)表面、腔外表面以及腔外電荷在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為以及腔外電荷在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為零零，即滿(mǎn)足靜電平衡條件。金屬空腔是零電位。U=0U=0+QqqQ+q2022-5-56當(dāng)?shù)诙?lèi)空腔導(dǎo)體接地時(shí)金屬空腔是零等勢(shì)體，由靜電場(chǎng)邊值問(wèn)題的唯一性定理可以證明：此時(shí)殼內(nèi)的任何電場(chǎng)都不影響外界，也不受外界影響。例如高壓設(shè)備都用金屬導(dǎo)體殼接地做保護(hù)，它起靜電屏蔽作用，內(nèi)外互不影響。0E外界不影響內(nèi)部不影響外界U=0qqU=0Q+qQ殼內(nèi)外場(chǎng)互不影響2022-5-57空腔導(dǎo)體殼接地與否，外界均對(duì)殼內(nèi)電場(chǎng)無(wú)任何影

4、響，CU 外界不影響內(nèi)部例如在電子儀器、或傳輸微弱信號(hào)的導(dǎo)線(xiàn)中都常用金屬殼或金屬網(wǎng)作靜電屏蔽。外界不影響內(nèi)部U=C1U=C1腔外表面的電荷分布不影響腔內(nèi)電場(chǎng)分布但是腔內(nèi)有無(wú)電荷對(duì)腔外有不同的影響。綜述：空腔導(dǎo)體(無(wú)論接地與否)將使腔內(nèi)空間不受外電場(chǎng)的影響，而接地空腔導(dǎo)體將使外部空間不受空腔內(nèi)的電場(chǎng)的影響空腔導(dǎo)體的靜電屏蔽原理2022-5-58靜電屏蔽的進(jìn)一步演示靜電屏蔽的進(jìn)一步演示 1 1屏蔽外電場(chǎng)屏蔽外電場(chǎng)E外電場(chǎng)外電場(chǎng) 空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場(chǎng)空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場(chǎng), , 使空腔內(nèi)物體不受外電使空腔內(nèi)物體不受外電場(chǎng)影響場(chǎng)影響. .這時(shí)這時(shí), ,整個(gè)空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢(shì)也必處處相等整個(gè)空腔導(dǎo)體

5、和腔內(nèi)的電勢(shì)也必處處相等. .E空腔導(dǎo)體屏蔽外電場(chǎng)空腔導(dǎo)體屏蔽外電場(chǎng)2022-5-59q 接地空腔導(dǎo)體接地空腔導(dǎo)體將使外部空間不受將使外部空間不受空腔內(nèi)的電場(chǎng)影響空腔內(nèi)的電場(chǎng)影響. 問(wèn)：?jiǎn)枺嚎臻g各部空間各部分的電場(chǎng)強(qiáng)度如何分的電場(chǎng)強(qiáng)度如何分布分布 ？接地導(dǎo)體電勢(shì)為零接地導(dǎo)體電勢(shì)為零q 2 2屏蔽腔內(nèi)電場(chǎng)屏蔽腔內(nèi)電場(chǎng)+q2022-5-510對(duì)靜電屏蔽的總結(jié) 理論基礎(chǔ)在靜電平蘅狀態(tài)下，不論是空心導(dǎo)體還是實(shí)心導(dǎo)體，不論導(dǎo)體本身帶電多少，或者導(dǎo)體是否處于外電場(chǎng)中，必定為等勢(shì)體，其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零。下面我們以封閉導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)為例對(duì)靜電屏蔽做一討論。2022-5-511封閉導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)不受殼外電荷或電場(chǎng)影響封

6、閉導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)不受殼外電荷或電場(chǎng)影響l如殼內(nèi)無(wú)帶電體而殼外有電荷q,則靜電感應(yīng)使殼外壁帶電。靜電平衡時(shí)殼內(nèi)無(wú)電場(chǎng)。這不是說(shuō)殼外電荷不在殼內(nèi)產(chǎn)生電場(chǎng)，是由于殼外壁感應(yīng)出異號(hào)電荷，它們與q在荷內(nèi)空間任一點(diǎn)激發(fā)的合場(chǎng)強(qiáng)為零。因而導(dǎo)體荷內(nèi)部不會(huì)受到荷外電荷q或其他電場(chǎng)的影響。2022-5-512接地封閉導(dǎo)體殼外部電場(chǎng)不受殼內(nèi)電荷的影響接地封閉導(dǎo)體殼外部電場(chǎng)不受殼內(nèi)電荷的影響 如果殼內(nèi)空腔有電殼如果殼內(nèi)空腔有電殼q, 因?yàn)殪o電感應(yīng)，殼因?yàn)殪o電感應(yīng)，殼內(nèi)部帶有等量異號(hào)電荷，殼外部帶有等量同號(hào)內(nèi)部帶有等量異號(hào)電荷，殼外部帶有等量同號(hào)電荷，殼外空間有電場(chǎng)存在，此電場(chǎng)可以說(shuō)說(shuō)電荷，殼外空間有電場(chǎng)存在，此電場(chǎng)可以

7、說(shuō)說(shuō)是由殼內(nèi)電荷是由殼內(nèi)電荷q間接產(chǎn)生間接產(chǎn)生.也可以說(shuō)是由殼外感也可以說(shuō)是由殼外感應(yīng)電荷直接產(chǎn)生的應(yīng)電荷直接產(chǎn)生的.但如果將外殼接地但如果將外殼接地,則殼外則殼外電荷將消失電荷將消失,殼內(nèi)電荷殼內(nèi)電荷q與內(nèi)部感應(yīng)電荷在殼外與內(nèi)部感應(yīng)電荷在殼外產(chǎn)生電場(chǎng)為零產(chǎn)生電場(chǎng)為零.可見(jiàn)如果要使殼內(nèi)電荷對(duì)殼外可見(jiàn)如果要使殼內(nèi)電荷對(duì)殼外電場(chǎng)無(wú)影響電場(chǎng)無(wú)影響,必須將外殼接地必須將外殼接地.2022-5-513靜電屏蔽的應(yīng)用o 高壓帶電作業(yè)（500千伏帶電作業(yè)用的屏蔽服）o 很多電子儀器，比如示波器的接線(xiàn)都是這樣的屏蔽線(xiàn)o 汽車(chē)外的天線(xiàn)o 有線(xiàn)電視信號(hào)線(xiàn)，外面就有一層金屬絲，就為了靜電屏蔽，使信號(hào)不受干擾 o 在

8、服務(wù)區(qū)怕被人打手機(jī)，又不能關(guān)機(jī)，找個(gè)金屬盒子裝進(jìn)去，就變成了“您撥打的用戶(hù)不在服務(wù)區(qū)”2022-5-514有關(guān)靜電屏蔽的流程圖自由電子自由電子靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)靜電屏蔽靜電屏蔽外電場(chǎng)E定向移動(dòng)合場(chǎng)強(qiáng)減弱感應(yīng)電場(chǎng)導(dǎo)體內(nèi)部E=02022-5-515+一一 靜電感應(yīng)靜電感應(yīng) 靜電平衡條件靜電平衡條件感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體2022-5-51600EEE0E+E0E0E導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度外電場(chǎng)強(qiáng)度外電場(chǎng)強(qiáng)度感應(yīng)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度感應(yīng)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度2022-5-517+ +導(dǎo)體是等勢(shì)體導(dǎo)體是等勢(shì)體nee靜電平衡條件靜電平衡條件（1 1）導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零；）導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零；（2 2）導(dǎo)體表面處的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向）導(dǎo)體表面處的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向, ,都與導(dǎo)體表面垂直都與導(dǎo)體表面垂直. .Eld 導(dǎo)體表面是等勢(shì)面導(dǎo)體表面是等勢(shì)面0d lEU 導(dǎo)體內(nèi)部電勢(shì)相等導(dǎo)體內(nèi)部電勢(shì)相等0d ABABlEUlEdAB2022-5-518屏蔽袋屏蔽線(xiàn)屏蔽