李奕池

(河北正中實驗中學(xué) 河北 石家莊 050800)

屏蔽是指，為了防止外界電磁場、電場或是磁場進(jìn)到某個需要保護(hù)的區(qū)域.屏蔽主要分為3種，其中包含電磁屏蔽、靜電屏蔽以及經(jīng)磁屏蔽.上述這3種屏蔽的主要目的為根據(jù)不同的物理原理，應(yīng)用屏蔽殼上的感應(yīng)效應(yīng)來防止外場影響，進(jìn)而為保護(hù)區(qū)布設(shè)相應(yīng)的屏障，防止外界影響.空腔導(dǎo)體處在靜電平衡時，它的內(nèi)部電場并不會受空腔導(dǎo)體外電子的影響，等同于空腔導(dǎo)體對內(nèi)部空間的保護(hù)作用.但如果空腔導(dǎo)體中存在電子，這對外部場強分布是有一定影響，可以通過空腔導(dǎo)體接地來消除此種影響，而外部的感應(yīng)電荷會由于接地被抵消，進(jìn)而對應(yīng)的場強也消失掉.本文主要針對靜電屏蔽物理原理進(jìn)行分析.

1 靜電屏蔽概述

實際上，導(dǎo)體的外殼對其有一定的保護(hù)作用，讓其內(nèi)部不受到外界因素的影響，此種現(xiàn)象被叫做靜電屏蔽.在大分子凝膠中，把材料同高鹽度溶液有機結(jié)合起來，材料的溶脹度減小也被叫做靜電屏蔽效應(yīng).

2 靜電屏蔽物理原理分析

(1)若是把導(dǎo)體放入到電場強度是E的外電場中，在電場力的充分作用下導(dǎo)體中的自由電子會逐漸朝著電場的方向移動.如此，導(dǎo)體的正電荷在一邊，負(fù)電荷在一邊，這便是靜電感應(yīng)現(xiàn)象.因為導(dǎo)體內(nèi)部電荷的重新排列，這些電荷形成了用另一個電場，剛還同外電場的方向相反，電場強度是E內(nèi).依據(jù)場強的疊加原理，導(dǎo)體中的電場強度等同E內(nèi)與E內(nèi)的和，同反向電場疊加會互相抵消，讓導(dǎo)體中的總電場變成零.若是導(dǎo)體的總電場是零，導(dǎo)體中的自由電子不會在移動.物理學(xué)把導(dǎo)體內(nèi)沒有電子移動的狀態(tài)稱之為靜電平衡.而處在靜電平衡的導(dǎo)體的電場強度是零.從此能夠看出，達(dá)到靜電平衡的導(dǎo)體，電子只分布在表面.若是這個導(dǎo)體中空，實現(xiàn)靜電平衡時，內(nèi)部電場也會喪失掉.如此，導(dǎo)體的外殼就會對其產(chǎn)生保護(hù)作用，讓其不受外電場影響，此種現(xiàn)象為靜電屏蔽[1].

(2)著名的物理學(xué)家法拉第冒著一定危險，做了法拉第籠實驗.他將自己關(guān)在籠中，當(dāng)籠外出現(xiàn)巨大的靜電放電時，沒有發(fā)生任何事.

(3)靜電屏蔽.為了防止世界電場影響儀器設(shè)備，或是防止電器設(shè)備影響外界電場，利用空腔導(dǎo)體遮住外電場，防止對內(nèi)部影響，也不讓電器設(shè)備影響外界，這被稱為靜電屏蔽.

(4)基于靜電平衡的狀態(tài)下，不管是實心導(dǎo)體還是空心導(dǎo)體；不管導(dǎo)體自身帶有多少電，或是導(dǎo)體是否在外電場內(nèi)，一定為等勢體，它的內(nèi)部場強是零，可以說，其是靜電屏蔽的有力依據(jù)[2].

(6)在交聯(lián)高分子之中，高分子鏈側(cè)基因為交聯(lián)作用而被固定在分子中，而同側(cè)基基團(tuán)相關(guān)的離子會因溶劑分子逐漸擴散而降低，為此導(dǎo)致凝膠中的電子密度變大，凝膠分子因為靜電斥力導(dǎo)致凝膠體積變大，主要體現(xiàn)阻塞凝膠出現(xiàn)溶脹.基于高鹽濃度下，溶液內(nèi)的反離子濃度增加.在使用高鹽濃度溶液對交聯(lián)高聚物進(jìn)行溶解，因為溶劑分子的散發(fā)性讓離子擴散到凝膠分子中，這些高聚物分子同反離子側(cè)基融合，使分子內(nèi)部的電子斥力遭到屏蔽，降低高聚物分子溶脹度.此種現(xiàn)象被叫做電子屏蔽.

(7)需高度重視的是若是外部電場為交變電場，靜電屏蔽的條件是無法成立的.

3 靜電屏蔽的用途

靜電屏蔽的意義有兩點.第一，現(xiàn)實意義.屏蔽讓金屬導(dǎo)體殼中的儀器不影響外電場.或是工作環(huán)境不受外電場影響，一些測量設(shè)備與電子器件為了防止干擾，皆需要進(jìn)行靜電屏蔽，比如室內(nèi)給壓力較大的設(shè)備罩上較密或是接地的金屬網(wǎng)，電子管網(wǎng)利用金屬管殼.又比如橋式整流或是全波整流的電源變壓器，在次級繞組與初期繞組間繞上一層漆包線或是上金屬薄片讓其接地，實現(xiàn)屏蔽的作用.在高壓帶作業(yè)過程中，工人穿上用導(dǎo)電纖維或是金屬絲織成的均壓服，能夠有效保護(hù)人體，將電力屏蔽掉[4].在電力實驗過程中，因為地球周邊存在諸多豎直電場.若想將這個電場對電荷的影響排除掉，分析電荷只在重力作用下的運動，則務(wù)必有eE<10-10V/m，其一個靜電場幾乎為零的靜電真空，只有將其抽成空腔才能實現(xiàn)靜電屏蔽.實際上，從一個封閉導(dǎo)體實現(xiàn)靜電屏蔽十分有效.

4 結(jié)束語

總之，加強對靜電屏蔽物理原理分析與解讀十分重要，其不但同物理學(xué)科良好發(fā)展有關(guān)，還同社會公眾生命健康安全有莫大聯(lián)系.為此，相關(guān)人員需給予靜電屏蔽物理原理分析高度重視，通過行之有效的手段，促使其存在的價值與效用發(fā)揮出最大化.