静电屏蔽的原理、用途、两种类型、接地与不接地、应用

　　导体的外壳对它的内部起到“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。在交联高分子材料或蛋白质等大分子凝胶中，将材料放入高盐浓度溶液中，材料溶胀度降低的现象也称为静电屏蔽效应。

静电屏蔽的工作原理

　　如果将导体放在电场强度为E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，等到反向的电场叠加而互相抵消，使得导体内部总电场强度为零。当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子不再定向移动。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：为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响，这就叫做静电屏蔽。空腔导体不接地的屏蔽为外屏蔽，空腔导体接地的屏蔽为内屏蔽。在静电平衡状态下，不论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少，或者导体是否处于外电场中，必定为等势体，其内部场强为零，这是静电屏蔽的理论基础。

静电屏蔽的用途

　　静电屏蔽有两方面的意义，其一是实际意义：屏蔽使金属导体壳内的仪器或工作环境不受外部电场影响，也不对外部电场产生影响。有些电子器件或测量设备为了免除干扰，都要实行静电屏蔽，如室内高压设备罩上接地的金属罩或较密的金属网罩，电子管用金属管壳。又如作全波整流或桥式整流的电源变压器，在初级绕组和次级绕组之间包上金属薄片或绕上一层漆包线并使之接地，达到屏蔽作用。在高压带电作业中，工人穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服，可以对人体起屏蔽保护作用。在静电实验中，因地球附近存在着大约100V/m的竖直电场。要排除这个电场对电子的作用，研究电子只在重力作用下的运动，则必须有eE《10-10V/m，这是一个几乎没有静电场的“静电真空”，这只有对抽成真空的空腔进行静电屏蔽才能实现。事实上，由一个封闭导体空腔实现的静电屏蔽是非常有效的。

静电屏蔽的两种类型

　　静电屏蔽其实就只有两种，一种是空腔导体处在外电场中，内部电场强度是为0的，另一种是空腔导体内有带电体的情况，此时空腔要接地才有屏蔽的效果。

静电屏蔽接地与不接地

　　一切物质都由分子构成（这里不是指化学上的分子），构成分子的粒子是带电的，因此在外电场条件下，粒子将会有相应的作用出现。

　　对于金属导体，一个经典物理学的模型是：将每个金属原子分为原子核和核外电子两部分，原子核是不可自由运动的，它们按一定排列堆积在一起，组成所谓“晶格”；而电子可以自由运动，如同“气体”一般流动。在这种情况下，导体静电感应主要是电子在外电场下定向移动所致。

　　外电场作用下，电子定向移动后，宏观表现为导体表面出现感应电荷，同时内部也将受到感应电荷电场的影响。由于电子移动的自由性，只有当感应电荷电场与外电场叠加使导体内部电场为零的情况下，电子才停止移动。这也是我们计算感应电荷分布的原理。

　　由于电场的叠加原理，我们可以分别考虑。在不接地的情况下：外电场，与外电场效应相抵消的感应电荷电场，在电荷守恒的情况下“多余”的电荷的电场（有点费解，就是第二种情况下计算一部分电荷，导体总的是不带电的，然后就会有另一部分电荷与第二部分抵消。）其中前两者效应总是相互抵消，后者与第二种等量异性，其分布总是使自身产生电场在导体内部强度为零。

　　以均匀球壳为例，内部放置一点电荷，则可知内表面将会出现负电荷与其电场效应相抵消，根据电荷守恒，还有等量的正电荷如何分布？这时可以不考虑前两个电场的效应（因为已经抵消了），学过物理竞赛的同道都知道，一定量的电荷均匀分布于球壳表面时对其内部任一点产生电场为零，则可知正电荷会均匀分布于球壳表面。

　　现在说接地的问题。可知前两者是一定存在的，不会受接地的影响。而接地的一大前提，就是可将地球视作一个巨大的导体球，其电势永远为零（这是有物理依据的，具体问题请参阅相关教材或高中竞赛书）。则任一导体接地后，由于电势差的关系，其表面的第三种电荷总是会流入大地，以达到内部的平衡。所以，当接地时，会有电荷流入大地，造成原本不带电的导体总体上反而带电了。（对于本来就带电的导体在外电场作用下的情况，可将所带电荷与第三种电荷合并计算。）

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科学技术工作中。例如电子仪器设备外面的金属罩，通讯电缆外面包的铅皮等等，都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施。

　　①　高压带电作业（500千伏带电作业用的屏蔽服）

　　②　很多电子仪器，比如示波器的接线都是这样的屏蔽线

　　③　汽车外的天线

　　④　有线电视信号线，外面就有一层金属丝，就为了静电屏蔽，使信号不受干扰

　　⑤　在服务区怕被人打手机，又不能关机，找个金属盒子装进去，就变成了“您拨打的用户不在服务区”