靜電屏蔽

1.如果將導體放在電場強度為E的外電場中，導體內的自由電子在電場力的作用下，會逆電場方向運動。這樣，導體的負電荷分佈在一邊，正電荷分佈在另一邊，這就是靜電感應現象。由於導體內電荷的重新分佈，這些電荷在與外電場相反的方向形成另一電場，電場強度為E內。根據場強疊加原理，導體內的電場強度等於E外和E內的疊加，等到反向的電場疊加而互相抵消，使得導體內部總電場強度為零。當導體內部總電場強度為零時，導體內的自由電子不再定向移動。物理學中將導體中沒有電荷移動的狀態叫做靜電平衡。處於靜電平衡狀態的導體，內部電場強度處處為零。由此可推知，處於靜電平衡狀態的導體，電荷只分佈在導體的外表面上。如果這個導體是中空的，當它達到靜電平衡時，內部也將沒有電場。這樣，導體的外殼就會對它的內部起到“保護”作用，使它的內部不受外部電場的影響，這種現象稱為靜電屏蔽。

法拉第曾經冒著被電擊的危險，做了一個聞名於世的實驗——法拉第籠實驗。法拉第把自己關在金屬籠內，當籠外發生強大的靜電放電時，什麼事都沒發生。

靜電屏蔽：為了避免外界電場對儀器設備的影響，或者為了避免電器設備的電場對外界的影響，用一個空腔導體把外電場遮住，使其內部不受影響，也不使電器設備對外界產生影響，這就叫做靜電屏蔽。空腔導體不接地的屏蔽為外屏蔽，空腔導體接地的屏蔽為內屏蔽。

在靜電平衡狀態下，不論是空心導體還是實心導體；不論導體本身帶電多少，或者導體是否處於外電場中，必定為等勢體，其內部場強為零，這是靜電屏蔽的理論基礎。

間接驗證庫侖定律。高斯定理可以從庫侖定律推導出來的，如果庫侖定律中的平方反比指數不等於2就得不出高斯定理。反之，如果證明了高斯定理，就證明庫侖定律的正確性。根據高斯定理，絕緣金屬球殼內部的場強應為零，這也是靜電屏蔽的結論。若用儀器對屏蔽殼內帶電與否進行檢測，根據測量結果進行分析就可判定高斯定理的正確性，也就驗證了庫侖定律的正確性。最近的實驗結果是威廉斯等人於1971年完成的，指出在式

F=q1q2/r2±δ中，δ<（2.7±3.1）×10-16，

可見在現階段所能達到的實驗精度內，庫侖定律的平方反比關係是嚴格成立的。從實際應用的觀點看，我們可以認為它是正確的。

2.在交聯高分子中，高分子鏈側基由於交聯作用而被固定在分子內部，而與側基基團相對應的反離子則會隨著溶劑分子的擴散作用而濃度不斷降低，因此造成凝膠內部電荷密度增大，凝膠分子由於靜電斥力致使凝膠體積增大，宏觀表現為凝膠發生溶脹。在高鹽濃度情況下，溶液中的反離子（如Na）濃度很大。當用高鹽濃度溶液溶解交聯高聚物時，由於溶劑分子的擴散作用反離子也隨之擴散到凝膠分子內部，這些反離子與高聚物分子上的側基結合，屏蔽了分子內部的電荷斥力，致使高聚物分子溶脹度減小。這種現象稱為電荷屏蔽（charge screening）

需要注意，如果外部的電場是交變電場，則靜電屏蔽的條件不再成立

靜電屏蔽有兩方面的意義，其一是實際意義：屏蔽使金屬導體殼內的儀器或工作環境不受外部電場影響，也不對外部電場產生影響。有些電子器件或測量設備為了免除干擾，都要實行靜電屏蔽，如室內高壓設備罩上接地的金屬罩或較密的金屬網罩，電子管用金屬管殼。又如作全波整流或橋式整流的電源變壓器，在初級繞組和次級繞組之間包上金屬薄片或繞上一層漆包線並使之接地，達到屏蔽作用。在高壓帶電作業中，工人穿上用金屬絲或導電纖維織成的均壓服，可以對人體起屏蔽保護作用。在靜電實驗中，因地球附近存在著大約100V/m的豎直電場。要排除這個電場對電子的作用，研究電子只在重力作用下的運動，則必須有eE<10-10V/m，這是一個幾乎沒有靜電場的“靜電真空”，這隻有對抽成真空的空腔進行靜電屏蔽才能實現。事實上，由一個封閉導體空腔實現的靜電屏蔽是非常有效的。