電磁學3.靜電屏蔽


如果外部存在靜電場,導體內部的自由電子在電場力的作用下產生定向移動,即極化,靜電感應。使導體一端帶正電一段帶負電。這個過程會不斷發生,直到內部產生的感生電場與外部的電場抵消,內部的電場強度為0,電子才會停止移動,達到平衡狀態。這就是靜電平衡。

靜電平衡時,電荷不再受力移動,內部電場為0,根據高斯定理,內部電荷量為0。所以電荷只存在導體外表面。

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。

法拉第曾經冒着被電擊的危險,把自己關在金屬籠內,當籠外發生強大的靜電放電時,什么事都沒發生。

為什么紀念這位大佬,我們也給這種金屬外殼叫做法拉第(屏蔽)籠。

雖然可能說起來簡單,但是如果電場分布復雜,計算的話是不可能的。但是大自然卻可以在瞬間完成。

需要注意的是,這和帶電導體,內部電場為0的原因不同。如果導體帶同種電荷,因為同性相斥,電荷之間會盡量遠離,直到電荷能到的最遠距離,也就是導體外表面。此時電荷也只會分布在外表面。所以此時導體內部電荷量為0,由高斯定理我們也可以知道此時內部電場為0.

兩種都會讓內部被電屏蔽,導體都變成等勢體。


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