静电屏蔽的原理及应用(精)

1、2022-3-21 静电屏蔽的原理及应用静电屏蔽的原理及应用组长：段小庆组员：吴菊风 董研2022-3-23 问题的提出问题的提出l1为什么把鸟放入一个用金属网为什么把鸟放入一个用金属网制成的鸟笼中，再把鸟笼放入高制成的鸟笼中，再把鸟笼放入高压电场中，鸟会安然无恙呢？压电场中，鸟会安然无恙呢？l2为什么坦克敢闯高压电网，难为什么坦克敢闯高压电网，难道坦克兵不怕触电吗？道坦克兵不怕触电吗？ 2022-3-24现象 下图为一处于静电屏蔽状态的鸟笼2022-3-25什么是静电屏蔽什么是静电屏蔽一一静电感应现象静电感应现象： 放入电场中的导体，其内部的自由电子在电场力的作用下放入电场中的导体，其内部的

2、自由电子在电场力的作用下向电场的反方向作定向移动，致使导体的两端分别出现等量的向电场的反方向作定向移动，致使导体的两端分别出现等量的正、负电荷。这种现象叫静电感应现象正、负电荷。这种现象叫静电感应现象。 二二静电平衡状态静电平衡状态 ：导体中导体中(包括表面包括表面)没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。没有电荷定向移动的状态叫做静电平衡状态。 处于静电平衡状态导体的性质处于静电平衡状态导体的性质(1)导体内部的场强处处为零。导体内部的场强处处为零。(2)导体表面上任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。导体表面上任何一点的场强方向跟该点的表面垂直。(3)导体所带的净电荷只分布在导体的外表面上，

3、导体内部没有净电荷。导体所带的净电荷只分布在导体的外表面上，导体内部没有净电荷。(4)处于静电平衡状态的导体是等势体，导体表面是等势面。处于静电平衡状态的导体是等势体，导体表面是等势面。2022-3-26三、静电屏蔽腔内q与内表面的感应电荷-q ,对外部场的贡献恒为零。第二类空腔静电屏蔽第二类空腔静电屏蔽。若第二类空腔导体接地时，外表面上的感应电荷被大地电荷中和，所以不带电荷。金属空腔是零等势体。若第二类空腔导体接地，且腔外有带电体时，外表面上的感应电荷被大地电荷部分中和，所带电荷的多少必须保证腔内、腔内表面、腔外表面必须保证腔内、腔内表面、腔外表面以及腔外电荷在导体内产生的场强为以及腔外电荷

4、在导体内产生的场强为零零，即满足静电平衡条件。金属空腔是零电位。U=0U=0+QqqQ+q2022-3-27当第二类空腔导体接地时金属空腔是零等势体，由静电场边值问题的唯一性定理可以证明：此时壳内的任何电场都不影响外界，也不受外界影响。例如高压设备都用金属导体壳接地做保护，它起静电屏蔽作用，内外互不影响。0E外界不影响内部不影响外界U=0qqU=0Q+qQ壳内外场互不影响2022-3-28空腔导体壳接地与否，外界均对壳内电场无任何影响，CU 外界不影响内部例如在电子仪器、或传输微弱信号的导线中都常用金属壳或金属网作静电屏蔽。外界不影响内部U=C1U=C1腔外表面的电荷分布不影响腔内电场分布但是

5、腔内有无电荷对腔外有不同的影响。综述：空腔导体(无论接地与否)将使腔内空间不受外电场的影响，而接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场的影响空腔导体的静电屏蔽原理2022-3-29静电屏蔽的进一步演示静电屏蔽的进一步演示 1 1屏蔽外电场屏蔽外电场E外电场外电场 空腔导体可以屏蔽外电场空腔导体可以屏蔽外电场, , 使空腔内物体不受外电使空腔内物体不受外电场影响场影响. .这时这时, ,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等. .E空腔导体屏蔽外电场空腔导体屏蔽外电场2022-3-210q 接地空腔导体接地空腔导体将使外部空间不受将使外部空间不受空腔内的电场影响

6、空腔内的电场影响. 问：问：空间各部空间各部分的电场强度如何分的电场强度如何分布分布 ？接地导体电势为零接地导体电势为零q 2 2屏蔽腔内电场屏蔽腔内电场+q2022-3-211对静电屏蔽的总结 理论基础在静电平蘅状态下，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。下面我们以封闭导体内的电场为例对静电屏蔽做一讨论。2022-3-212封闭导体内部电场不受壳外电荷或电场影响封闭导体内部电场不受壳外电荷或电场影响l如壳内无带电体而壳外有电荷q,则静电感应使壳外壁带电。静电平衡时壳内无电场。这不是说壳外电荷不在壳内产生电场，是由于壳外壁感

7、应出异号电荷，它们与q在荷内空间任一点激发的合场强为零。因而导体荷内部不会受到荷外电荷q或其他电场的影响。2022-3-213接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响接地封闭导体壳外部电场不受壳内电荷的影响 如果壳内空腔有电壳如果壳内空腔有电壳q, 因为静电感应，壳因为静电感应，壳内部带有等量异号电荷，壳外部带有等量同号内部带有等量异号电荷，壳外部带有等量同号电荷，壳外空间有电场存在，此电场可以说说电荷，壳外空间有电场存在，此电场可以说说是由壳内电荷是由壳内电荷q间接产生间接产生.也可以说是由壳外感也可以说是由壳外感应电荷直接产生的应电荷直接产生的.但如果将外壳接地但如果将外壳接地,则壳外则壳

8、外电荷将消失电荷将消失,壳内电荷壳内电荷q与内部感应电荷在壳外与内部感应电荷在壳外产生电场为零产生电场为零.可见如果要使壳内电荷对壳外可见如果要使壳内电荷对壳外电场无影响电场无影响,必须将外壳接地必须将外壳接地.2022-3-214静电屏蔽的应用o 高压带电作业（500千伏带电作业用的屏蔽服）o 很多电子仪器，比如示波器的接线都是这样的屏蔽线o 汽车外的天线o 有线电视信号线，外面就有一层金属丝，就为了静电屏蔽，使信号不受干扰 o 在服务区怕被人打手机，又不能关机，找个金属盒子装进去，就变成了“您拨打的用户不在服务区”2022-3-215有关静电屏蔽的流程图自由电子自由电子静电感应静电感应静电场静电场静电屏蔽静电屏蔽外电场E定向移动合场强减弱感应电场导体内部E=02022-3-216+一一 静电感应静电感应 静电平衡条件静电平衡条件感应电荷感应电荷 静电场中的导体静电场中的导体2022-3-21700EEE0E+E0E0E导体内电场强度导体内电场强度外电场强度外电场强度感应电荷电场强度感应电荷电场强度2022-3-218+ +导体是等势体导体是等势体nee静电平衡条件静电平衡条件（1 1）导体内部任何一点处的电场强度为零；）导体内部任何一点处的