靜電屏蔽物理原理分析與解讀

章策

摘 要：靜電屏蔽指的就是外面的電場無法進入到屏蔽區域當中，而里面的電場也無法出去。屏蔽包括靜電屏蔽和靜磁屏蔽以及電磁屏蔽三種類型，這三種屏蔽方式的物理原理是不同的，通過屏蔽殼的感應效應，避免受到外場的影響，設計屏障保護區，避免外界的干擾。本文主要論述了靜電屏蔽的物理原理，從而可以深入了解相關知識和現象。

關鍵詞：靜電屏蔽;物理原理;屏蔽區域;電場

1.概述靜電屏蔽的含義

1.1外邊的電場進不來

導體腔可以屏蔽外電場，即使導體腔外具有很多的電荷，導體腔外表面以內的電場強度都是零。但是這并不代表外部電荷在導體腔內不會產生電場，例如在腔外放一帶電體，那么導體腔所在區域也會存在電場。導體腔區域場強之所以為零，是因為導體腔外部的表面產生了感應電荷，這些感應電荷在與外電場相反的方向形成另一電場，感應電荷產生的電場與導體腔外帶電體產生的電場相互抵消，從而導致導體腔所在區域內的場強矢量的和就是零。

這也就是為什么外面的電場無法進入，這樣一來我們就可以利用封閉導體面保護某些區域，避免某些區域受到電場的干擾，在實際應用過程中，利用金屬網可以發揮出屏蔽功能。

1.2里面的電場出不去

例如人們不希望某個帶電體的電場影響到外界，就可以利用導體封閉帶電體，再實現導體的接地措施，這樣就無法散發帶電體的電場。選擇的導體殼是非常重要的，如果殼內存在電荷，那么殼內表面由于靜電感應會攜帶的等量異號的電荷，而外表面會攜帶等量同號的電荷，從而就會在外空間產生電場，但通過接地措施，可以向地下引入外表面的電荷，導致殼外場強為零，發揮出屏蔽的功能。

導體殼內電荷也會產生一定的電場，因為有電荷就一定能產生電場，但因為導體殼當中存在等量、異號的電荷，產生的電場在外空間相互抵消，從而場強矢量和為零。

在殼外產生的電場強度矢量之和是零，但是在殼外仍舊存在感應電荷，感應電荷會產生電場，因此需要將導體殼采取接地措施，這樣一來殼內電荷才不會影響到殼外。

總結靜電屏蔽，殼外電荷不會影響到封閉導體殼內部電場，內電荷也不會影響到接地封閉導體殼外部的電場，這就是所謂的靜電屏蔽。

2.靜電屏蔽的物理原理概述

將導體A放入到某電場中，導體A的電子在電場`E0的作用下會進行移動，導體兩端存在著正電荷和負電荷，會產生一個附件電場`E，并且和原電場`E0是反向，因此在導體A內會產生總場強。利用公式表達為：`E=`E+`E0

本文主要討論了靜電學問題，存在`E，那么就代表存在力。針對導體內部的總場強，如果`E為零，那么導體內部電子就不會進行移動，這個時候導體靜電處于平衡狀態，如果總場強`E為零，那么就要做到`E=-`E0，此時導體就達到了靜電平衡狀態。在這個狀態下，導體如下：

導體內部的場強為零，導體屬于等勢體，導體表面屬于等勢面。導體內部的電荷沒有被徹底抵消，只是在導體的外表面分布電荷。在導體當中，靜電場地位較為特殊，性質也比較特殊，在均勻導體內部，電荷的存在無法得到維持。因為導體內部的電荷衰減速度非常快，因此導體內部不具備任何電荷，即使存在電荷也會在極短時間內消失，電荷會流動到導體表面外，因此如果導體是孤立的，那么就不會產生電場，整體導體電勢也是均等的，并且會逐漸發展成為一等勢體。

導體殼自身是沒有電場的，殼外電場線只能連接到殼外側，如果殼內存在電場，殼內電場線只能到達殼內側，殼內電場和外電場之間并沒有較大的關系，只是對于殼本身電勢起到一定的影響。如果實現導體殼的接地，那么導體殼就會對于殼內電場起到屏蔽作用，這樣一來殼外電場就不會起到任何干擾作用，這就是本文討論的靜電屏蔽，導體殼對于保衛區域起到屏蔽作用。

3.概述屏蔽的性質

以中性球殼為例子，如果在殼中心存在正電荷q，當球殼達到靜電平衡狀態，那么球殼表面一定會存在電荷-q。再加上球殼屬于中性，因為電荷守恒定律，如果球殼外表面存在電荷q，球殼具備對稱性，因此電荷會均勻分布在球殼內部和外部。

球殼外表電荷產生的場強就是總場強，對于整個空間的場強起到直接的影響。如果球殼接地，那么在排斥力的影響下，會向大地傳輸電荷。腔內電荷不會影響到接地球殼外部的電場分布情況，就將空間劃分為內外兩個部分。兩個部分的電場不會相互影響，也不會產生干擾作用。需要明確的是接地腔體不僅可以實現電場屏蔽，同時也可以實現電位屏蔽，在內外區域當中電位是唯一的和獨立的，并且不會產生影響。帶電體會影響到外部空間的場強分布，要想將這種影響消除，可以實現空腔導體的接地，中和外表面的感應電荷，也會隨之消失相應的場強。

結束語：

通過以上綜合的論述，外部電荷不會影響到封閉的空腔導體的內部電場。腔內電荷也不會影響到接地的封閉空腔導體外部電場。靜電屏蔽實現了電場屏蔽和電位屏蔽，實質上就是防止發生靜電感應情況，將電容耦合消除。

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