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有趣的静电屏蔽现象


有趣的静电屏蔽现象
先说一个经典的历史小故事:法拉第曾经冒着被电击的危险,做了一个闻 名于世的实验——法拉第笼实验。法拉第把自己关在金属笼内,当笼外发生强 大的静电放电时, 他并未受到任何影响。法拉第的这一实验证明了一个有趣的现 象:静电屏蔽现象。 如果将导体放在电场强度为 E 外的外电场中,导体内的自由电子在电场力 的作用下,会逆电场方向运动。这样,导体的负电荷分布在一边,正电荷分布 在另一边,这就是静电感应现象。由于导体内电荷的重新分布,这些电荷在与外 电场相反的方向形成另一电场,电场强度为 E 内。根据场强叠加原理,导体内 的电场强度等于 E 外和 E 内的叠加。当导体内部总电场强度为零时,导体内的自 由电子不再移动。物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。处于 静电平衡状态的导体,内部电场强度处处为零。由此可推知,处于静电平衡状 态的导体,电荷只分布在导体的外表面上。如果这个导体是中空的,当它达到静 电平衡时,内部也将没有电场。这样,导体的外壳就会对它的内部起到“保护” 作用,使它的内部不受外部电场的影响,这种现象称为静电屏蔽。 静电屏蔽在生活中有许多应用。如高压带电作业操作员的防护服就是 用金属丝制成,接触高压线时形成等电位,人体不通过电流,起到保护作 用。又如,许多仪器设备采用接地的金属外壳可有效地避免壳体内外电场 的干扰;汽车中的人不会被雷击中;同轴电缆可以不受传播讯号的干扰。 再如,如果电梯内没有中继器的话,那么当电梯关上的时候,里面任何电 子讯号也收不到。


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