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静电屏蔽的原因分析

    稍作留心,便可发现,一般的电器设备,特别是精密实验仪器,都装有金属外壳(罩).例如,示波管的外面就套有一个金属罩,为的是使它的内部不受外界电场的干扰,而内部的电场也不对外界产生影响,即让金属罩(壳)把示波管屏蔽起来.那么,为什么金属外壳能起到这种屏蔽作用呢?根据静电平衡知识,电场中的导体,不管是实心的还是中空的,由于静电感应而使电荷在导体的表面重新分布,当达到静电平衡后,导体内部(包括导体空腔内)任意一点的场强为零.装了金属外壳后,可以使处在金属外壳内部的任何电器设备、实验仪器不再受外电场的影响,保持静电平衡状态.
    用电力统表示仪器金属外壳的屏蔽作用.壳外的带电体能使金属外壳感应带电,但电力线不能穿入壳内.
    另一种情况是使带电体的电场不对外界产生影响.这可以把带电体A放在一个金属壳B内,.同样,由于静电感应,在壳的内外表面分别带有等量异号的电荷,待壳达静电平衡时,壳内场强处处为零,并无净电荷.当壳外表面存在电荷时,壳外就有电场,这样还不能起到屏蔽的作用.如果我们把金属外壳接地,见图(b),则壳外表面上的感应正电荷就由于接地而被中和.于是,金属壳内带电体的电场对外就不产生影响了.
    综合上述两种情况可得如下结论:屏蔽壳内的物体不受外电场的影响;而接地的屏蔽壳内部的电场也不会影响外部,这种现象叫做“静电屏蔽”.
关于静电屏蔽我们还应该注意以下几点:
(1)无论导体壳内是否有电荷,壳外电荷的分布均不影响壳内的电场.但这并不是说壳外电荷不在壳内空间产生电场,而仅是壳外电荷与壳表面分布定的感应电荷在壳内空间任一点的合电场为零罢了.
(2)如果壳不接地,则壳内电荷将影响壳外电场,但与壳内电荷的位置无关.如一导体球壳,壳内点电荷q在球心与偏离球心位置时,仅改变壳内电场分布,而壳外电场分布相同.
(3)接地金属壳的壳内电荷分布不影响壳外的电场.但这并不是说壳内电荷不在壳外空间产生电场,而是壳内电荷与壳内表面感应电荷在壳外空间的合场强处处为零。

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