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电学知识:静电平衡和屏蔽

点击次数:2019-08-07 12:01:20【打印】【关闭】

1.静电感应现象如图所示,将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的电场中,导体内的自由电子在电场力的作用下,逆着电场线方向定向移动,使导体的一侧聚集负电荷,而导体

 1.静电感应现象

如图所示,将一不带电的金属导体ABCD放到场强为E0的电场中,导体内的自由电子在电场力的作用下,逆着电场线方向定向移动,使导体的一侧聚集负电荷,而导体另一侧却聚集等量的正电荷,这种现象就是静电感应现象.

这时,正负电荷之间就会产生一个内部的电场E',这个电场恰好与外界的电场E0平衡。


2.静电平衡状态

导体内不再有电荷定向移动的稳定状态。

3.静电平衡的特点:

(1).处于静电平衡状态的导体,内部场强处处为零。

感应电荷在导体内任何位置产生的电场都等于外电场在该处场强大小相等,方向相反。

(2).处于静电平衡状态的整个导体是个等势体,导体表面是个等势面。

(3).电荷只分布在导体的外表面,与导体表面的弯曲程度有关,越弯曲,电荷分布越多。

(4).导体的表面某点,其外部的场强方向必跟该点的表面垂直。

(此时,导体内部或内表面是没有净电荷的。)

注意:

(1)不要认为达到静电平衡需要很长时间,其实金属导体建立静电平衡状态的时间只有几微秒,相当快.

(2)达到静电平衡后,自由电子没有定向移动而不是说导体内部的电荷不动,内部的电子仍在做无规则的运动.

(3)静电感应与感应起电的区别和联系,感应起电是运用静电感应现象使物体起电的一种方法,而静电感应则是电场中导体两端暂时出现等量相反电荷的现象.

4.导体上的电荷分布

1).净电荷都分布在导体的表面,导体内部没有净电荷.

2).感应电荷分布于导体两端,电性相反,电量相等,远同近异。


电场线是这样分布的↓


净电荷在导体表面分布不均匀,导体表面尖锐处电荷分布密集,平滑处电荷分布稀疏,凹陷处几乎没有电荷

 

注意:

(1)一个孤立的带电体,在自身所带电荷的电场中,处于静电平衡状态,具有静电平衡的所有特点.人与大地都是导体,在人摸(触)导体的过程中,带电体、人、大地组成一个新导体,地球往往是新导体的远端.

(2)净电荷是指导体内未被中和抵消的剩余电荷,感应电荷是指由于静电感应而使导体两端出现的等量异种电荷.

5.静电屏蔽

现象:如图所示,先使A带电,然后移近验电器B,由于静电感应,B的金属箔片张开;若把B置于金属网罩中,发现B的金属箔片并不张开.

 

定义:

具有空腔的金属导体在静电平衡状态下,不仅导体内部场强为零,腔内场强也为零,因而置于腔内的物体不受外界电场的影响,这种作用叫静电屏蔽.

静电屏蔽的两种典型的类型:

(1)外屏蔽:如图所示,若空腔导体内有带电体,在静电平衡时,它的内表面将产生等量异号的感应电荷.如果外壳不接地,则外表面会产生与内部带电体等量而同号的感应电荷,此时感应电荷的电场将对外界产生影响,这时空腔导体只能对外电场屏蔽,却不能屏蔽内部带电体对外界的影响,所以叫外屏蔽.


(2)全屏蔽:如图所示,如果外壳接地,即使内部有带电体存在,这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零,而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地.外界对壳内无法影响,内部带电体对外界的影响也随之而消除,所以这种屏蔽叫做全屏蔽.

静电屏蔽的应用

为了防止外界信号的干扰,静电屏蔽被广泛地应用于科学技术工作中.许多电子仪器外面都套着金属罩;通讯电缆外面包着一层铅皮;高压带电作业人员穿金属网衣;又如电话线从高压线下经过,为了防止高压线对电话线的影响,在高压线与电话线之间装一金属网等,这些都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施.

点击下面蓝色字体,可以查看前文,请用静电屏蔽的知识解析:

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静电屏蔽的防止

静电屏蔽也可带来不利的影响.如通讯工具在钢筋结构建筑中接收信号较弱;宇宙飞船返回地球大气层时,与大气层的高速摩擦,在飞船周围形成一层等离子体,对飞船产生静电屏蔽作用,导致飞船和地面控制中心的通信联络暂时中断.


高楼大厦基本都是钢筋水泥结构,形成一个“金属网罩”,会屏蔽房子外边的信号,所以高楼密集的小区里往往手机信号比较差,需要在小区楼顶建设信号发射塔。

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