高中物理 第一章 电与磁 1有趣的静电屏蔽现象

高中物理 第一章 电与磁 1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。‎