Електростатичне екранування
Електростатичне екранування: Щоб уникнути впливу зовнішнього електричного поля на обладнання або уникнути впливу електричного поля електричного обладнання на зовнішній світ, провідник порожнини використовується для покриття зовнішнього електричного поля, так що внутрішні пристрої не зачіпаються, а електрообладнання не є зовнішнім. Ефект називається електростатичним екрануванням.
Щит не заземленого провідника порожнини є зовнішнім екраном, а екран землі провідника порожнини повністю екранований. Провідник порожнини знаходиться в електростатичному рівновазі у зовнішньому електричному полі, а його внутрішня напруженість поля завжди дорівнює нулю. Тому зовнішнє електричне поле не має ніякого впливу на його внутрішній простір. Якщо в провіднику порожнини є заряджений корпус, його внутрішня поверхня дасть рівну кількість індукованого заряду, коли вона електростатично врівноважена. Якщо зовнішній корпус не заземлений, зовнішня поверхня буде генерувати таку ж кількість індукованого заряду, як і внутрішнє заряджене тіло. У цей час електричне поле індукованого електричного заряду матиме вплив на зовнішній світ. У цей час провідник порожнини може бути екранований тільки від зовнішнього електричного поля, але внутрішня електрифікація не може бути екранована. Вплив тіла на зовнішній світ, так званий зовнішній захист. Якщо випадок обгрунтований, навіть якщо всередині знаходиться заряджений орган, алгебраїчна сума заряду, індукованого внутрішньою поверхнею і зарядом зарядженого тіла, дорівнює нулю, а індукований заряд, створюваний зовнішньою поверхнею, тече в землю через наземної лінії. Зовнішній світ не може впливати на внутрішню частину оболонки, а вплив внутрішнього зарядженого тіла на зовнішню сторону також усувається, тому це екранування називається повним екрануванням. Для запобігання перешкод від зовнішніх сигналів електростатичне екранування широко використовується в науково-технічній роботі. Наприклад, металеве покриття на зовнішній стороні електронного обладнання, шкіра на зовнішній стороні кабелю зв'язку і т.д. є всіма захисними засобами для запобігання зовнішнього впливу електричного поля.
У стані електростатичного рівноваги, чи є він порожнистим провідником або суцільним провідником; незалежно від того, наскільки заряджений сам провідник, чи чи провідник знаходиться у зовнішньому електричному полі, він повинен бути еквіпотенціальним тілом, внутрішня напруженість якого дорівнює нулю, що є теоретичною основою електростатичного екранування.
Оскільки електричне поле в оболонці замкнутого провідника має типове і практичне значення, ми обговорюємо електростатичне екранування, взявши за приклад електричне поле в замкнутій оболонці.
(1) На електричне поле всередині замкнутої оболонки провідника не впливає зовнішній заряд або електричне поле.
Якщо в оболонці немає зарядженого тіла і є заряд q поза оболонки, то електростатична індукція змушує заряджати зовнішню стінку оболонки. Немає електричного поля в оболонці, коли статична електрика врівноважена. Це не означає, що зовнішній заряд не генерує електричного поля в оболонці.
Електричне поле. Оскільки зовнішня стінка оболонки індукує інший електричний заряд, то вони нульові, причому результуюче поле збуджується q в будь-якій точці внутрішнього простору оболонки. Тому на внутрішню сторону оболонки провідника не впливає зовнішній заряд q або інше електричне поле. Індукований заряд на зовнішній стінці оболонки діє як автоматичне регулювання.
Якщо корпус провідника порожнини заземлений, позитивний заряд на корпусі буде надходити в грунт по землі. Після електростатичного балансу провідник порожнини і земля рівні, а напруженість поля в порожнині досі дорівнює нулю.
Якщо в порожнині є заряд, провідник порожнини залишається еквіпотенціальним до землі і електричного поля в провіднику немає. У цей час, завдяки індуктивному заряду внутрішньої стінки порожнини, в порожнині з'являється електричне поле. Це електричне поле генерується зарядом в оболонці, і заряд поза оболонкою ще не впливає на електричне поле в оболонці.
З наведеного вище обговорення видно, що на внутрішнє електричне поле не впливає зовнішній заряд замкнутої оболонки, чи він заземлений чи ні.
(2) Зовнішнє електричне поле оболонки заземленого замкнутого провідника не залежить від заряду всередині корпусу.
Якщо порожнина в оболонці має заряд q, через електростатичну індукцію, внутрішня стінка оболонки має рівну кількість електричного заряду, зовнішня стінка оболонки має однакову кількість заряду, а електричне поле існує в зовнішній простір оболонки. Це електричне поле можна назвати опосередковано зарядженим електричним зарядом в оболонці. виробляти. Можна також сказати, що воно безпосередньо генерується індукованим зарядом поза оболонки.
Однак, якщо випадок обгрунтований, заряд поза корпусом зникне, а електричний заряд у корпусі та індукований заряд на внутрішній стінці генерують електричне поле поза корпусом (рис. 5). Видно, що якщо заряд в оболонці не впливає на електричне поле поза оболонки, корпус повинен бути заземлений. Це відрізняється від першого випадку.
Також зауважимо, що: 1 Ми говоримо, що заземлення виключає заряд поза корпусом, але це не означає, що в будь-якому випадку зовнішня стінка оболонки повинна бути незарядженою. Якщо за межами оболонки є заряджене тіло, зовнішня стінка оболонки може бути заряджена, незалежно від того, чи є заряд в оболонці (мал. 6).
2 При практичному застосуванні металевий корпус не повинен бути повністю і повністю закритий, а металевий сітчастий кожух може бути використаний замість металевого корпусу для досягнення подібного електростатичного екрануючого ефекту, хоча екранування не повністю і повністю.
3 У разі електростатичного рівноваги в заземлювальному проводі не існує потоку заряду, але якщо заряд у екранованій оболонці змінюється з часом, або заряд зарядженого тіла поблизу зовнішньої оболонки змінюється з часом, то буде струм в дріт заземлення. . Щит може також мати залишковий заряд, і ефект екранування буде неповним і неповним.
Коротше кажучи, чи закрита оболонка провідника заземлена чи ні, внутрішнє електричне поле не залежить від зовнішнього заряду і електричного поля; на електричне поле поза оболонки закритого провідника не впливає заряд всередині оболонки. Це явище називається електростатичним екрануванням.
Електростатичне екранування має два значення. Одним з них є практичне значення: екранування робить прилад або робоче середовище всередині корпусу металевого провідника без впливу зовнішнього електричного поля і не впливає на зовнішнє електричне поле. Щоб уникнути перешкод, деякі електронні пристрої або вимірювальні прилади повинні бути електростатично екрановані, такі як металева кришка з заземленою кришкою високовольтного пристрою або щільною металевою сіткою, а також металеву трубку для електронної трубки. Іншим прикладом є повномасштабний силовий трансформатор випрямлення або мостового випрямлення. Металева фольга загорнута між первинною обмоткою і вторинною обмоткою або емальованим дротом, намотаним і заземленим для досягнення екранування. У високовольтному живому робочому одязі робітники носять костюм для вирівнювання тиску, вплетений дротом або струмопровідним волокном для захисту людського тіла. У електростатичному експерименті поблизу землі є вертикальне електричне поле близько 100 В / м. Щоб виключити вплив цього електричного поля на електрони, і вивчити рух електронів тільки під дією сили тяжіння, він повинен мати eE
Другий теоретичний: непряма перевірка закону Кулона. Теорему Гауса можна вивести з закону Кулона. Якщо індекс зворотної прямоточності в законі Кулона не дорівнює 2, то теорему Гауса не можна отримати. Навпаки, якщо теорема Гауса доведена, то доведено правильність закону Кулона. Відповідно до теореми Гаусса, напруженість поля всередині ізольованої металевої сферичної оболонки повинна бути нульовою, що також є висновком електростатичного екранування. Якщо прилад використовується для виявлення електрифікації в корпусі екрана, то правильність теореми Гауса можна визначити, аналізуючи результати вимірювань, і перевіряється правильність закону Кулона. Останні експериментальні результати були завершені Williams et al. в 1971 році, вказуючи
У F = q1q2 / r2 ± δ, δ <(2,7 ±="" 3,1)="" ×="">
Можна бачити, що зворотне квадратичне відношення закону Кулона суворо встановлено в межах експериментальної точності, яка може бути досягнута на цій стадії. З практичної точки зору ми можемо вважати це правильним.
У статично збалансованому провіднику внутрішня напруженість поля дорівнює нулю. Порожнистий провідник видовбається в оболонку провідника, а напруженість поля в оболонці все ще нульова. Таким чином, оболонка провідника може захистити область, яку вона оточує, так що ця область не зазнає впливу зовнішнього електричного поля. Це явище називається електростатичним екрануванням.