絕源的環(huán)境下.靜電平衡狀態(tài)
(1)靜電平衡
當(dāng)導(dǎo)體中的電荷靜止不動(dòng),從而場(chǎng)強(qiáng)分布不隨時(shí)間變化時(shí),導(dǎo)體就達(dá)到了靜電平衡.
(2)靜電平衡狀態(tài)
導(dǎo)體中（包括表面）沒有電荷的定向移動(dòng)的狀態(tài),叫做靜電平衡狀態(tài).
(3)靜電平衡的條件
處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零.
(4)靜電平衡導(dǎo)體的性質(zhì)
①處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,表面上任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向都跟該點(diǎn)的表面垂直；
②處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面上.
③處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體,其表面為一個(gè)等勢(shì)面.
處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,電荷僅分布在導(dǎo)體的外表面上.因內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零,則在導(dǎo)體內(nèi)部任兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷都不做功,因而任兩點(diǎn)間的電勢(shì)差都為零,導(dǎo)體是個(gè)等勢(shì)體,導(dǎo)體表面是個(gè)等勢(shì)面.
靜電平衡下的地球及與之相連的導(dǎo)體是等勢(shì)體.所以實(shí)際中常取地球或與之相連的導(dǎo)體的電勢(shì)為零.
2.靜電屏蔽
(1)靜電屏蔽
導(dǎo)體殼(金屬網(wǎng)罩)能保護(hù)它所包圍的區(qū)域,使這個(gè)區(qū)域不受外電場(chǎng)的影響,這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽.
靜電屏蔽:為了避免外界電場(chǎng)對(duì)儀器設(shè)備的影響,或者為了避免電器設(shè)備的電場(chǎng)對(duì)外界的影響,用一個(gè)空腔導(dǎo)體把外電場(chǎng)遮住,使其內(nèi)部不受影響,也不使電器設(shè)備對(duì)外界產(chǎn)生影響,這就叫做靜電屏蔽.空腔導(dǎo)體不接地的屏蔽為外屏蔽,空腔導(dǎo)體接地的屏蔽為全屏蔽.空腔導(dǎo)體在外電場(chǎng)中處于靜電平衡,其內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)總等于零.因此外電場(chǎng)不可能對(duì)其內(nèi)部空間發(fā)生任何影響.若空腔導(dǎo)體內(nèi)有帶電體,在靜電平衡時(shí),它的內(nèi)表面將產(chǎn)生等量異號(hào)的感生電荷.如果外殼不接地則外表面會(huì)產(chǎn)生與內(nèi)部帶電體等量而同號(hào)的感生電荷,此時(shí)感應(yīng)電荷的電場(chǎng)將對(duì)外界產(chǎn)生影響,這時(shí)空腔導(dǎo)體只能對(duì)外電場(chǎng)屏蔽,卻不能屏蔽內(nèi)部帶電體對(duì)外界的影響,所以叫外屏蔽.如果外殼接地,即使內(nèi)部有帶電體存在,這時(shí)內(nèi)表面感應(yīng)的電荷與帶電體所帶的電荷的代數(shù)和為零,而外表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過接地線流入大地.外界對(duì)殼內(nèi)無法影響,內(nèi)部帶電體對(duì)外界的影響也隨之而消除,所以這種屏蔽叫做全屏蔽.為了防止外界信號(hào)的干擾,靜電屏蔽被廣泛地應(yīng)用科學(xué)技術(shù)工作中.例如電子儀器設(shè)備外面的金屬罩,通訊電纜外面包的鉛皮等等,都是用來防止外界電場(chǎng)干擾的屏蔽措施.
在靜電平衡狀態(tài)下,不論是空心導(dǎo)體還是實(shí)心導(dǎo)體；不論導(dǎo)體本身帶電多少,或者導(dǎo)體是否處于外電場(chǎng)中,必定為等勢(shì)體,其內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零,這是靜電屏蔽的理論基礎(chǔ).
(2)靜電屏蔽的應(yīng)用
電子儀器外套金屬網(wǎng)罩,通訊電纜外包一層鉛皮等.
靜電屏蔽有兩方面的意義
其一是實(shí)際意義：屏蔽使金屬導(dǎo)體殼內(nèi)的儀器或工作環(huán)境不受外部電場(chǎng)影響,也不對(duì)外部電場(chǎng)產(chǎn)生影響.有些電子器件或測(cè)量設(shè)備為了免除干擾,都要實(shí)行靜電屏蔽,如室內(nèi)高壓設(shè)備罩上接地的金屬罩或較密的金屬網(wǎng)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(jí)繞組和次級(jí)繞組之間包上金屬薄片或繞上一層漆包線并使之接地,達(dá)到屏蔽作用.在高壓帶電作業(yè)中,工人穿上用金屬絲或?qū)щ娎w維織成的均壓服,可以對(duì)人體起屏蔽保護(hù)作用.在靜電實(shí)驗(yàn)中,因地球附近存在著大約100V／m的豎直電場(chǎng).要排除這個(gè)電場(chǎng)對(duì)電子的作用,研究電子只在重力作用下的運(yùn)動(dòng),則必須有eE＜meg,可算出E＜10-10V／m,這是一個(gè)幾乎沒有靜電場(chǎng)的“靜電真空”,這只有對(duì)抽成真空的空腔進(jìn)行靜電屏蔽才能實(shí)現(xiàn).事實(shí)上,由一個(gè)封閉導(dǎo)體空腔實(shí)現(xiàn)的靜電屏蔽是非常有效的.
其二是理論意義：間接驗(yàn)證庫侖定律.高斯定理可以從庫侖定律推導(dǎo)出來的,如果庫侖定律中的平方反比指數(shù)不等于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(jù)高斯定理,絕緣金屬球殼內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)為零,這也是靜電屏蔽的結(jié)論.若用儀器對(duì)屏蔽殼內(nèi)帶電與否進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析就可判定高斯定理的正確性,也就驗(yàn)證了庫侖定律的正確性.最近的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是威廉斯等人于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(xiàn)階段所能達(dá)到的實(shí)驗(yàn)精度內(nèi),庫侖定律的平方反比關(guān)系是嚴(yán)格成立的.從實(shí)際應(yīng)用的觀點(diǎn)看,我們可以認(rèn)為它是正確的.
處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體,內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零.把一個(gè)實(shí)心導(dǎo)體挖空,變成一個(gè)導(dǎo)體殼,殼內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)仍處處為零.這樣,導(dǎo)體殼就可以保護(hù)它所包圍的區(qū)域,使這個(gè)區(qū)域不受外部電場(chǎng)的影響,這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽.