电磁屏蔽知识--静电屏蔽
电磁屏蔽一般可分为三种:静电屏蔽、静磁屏蔽和高频电磁场屏蔽。三种屏蔽的目的都是避免外界的电磁场进入到某个需要保护的区域中,原理都是利用屏蔽对外场的感应产生的效应来抵消外场的影响。但是由于所要屏蔽的场的特性不同,因而对屏蔽壳材料的要求和屏蔽效果也就不相同。今天由于篇幅原因,我们先介绍其中的一个:静电屏蔽。
静电屏蔽的目的是避免外界的静电场进到需要保护的某一个区域。静电屏蔽根据的原理是:在外界静电场的作用下导体表面电荷将重新分布,一直到导体内部总场强处处为零为止。接地的封闭金属壳是一种良好的静电屏蔽装置。,接地的封闭金属壳把空间划分成壳内和壳外两个区域,金属壳维持在零电位。根据静电场的唯l一性定理,能够证明:金属壳内的电场仅由壳内的带电体和壳的电位所确定,与壳外的电荷分布无关。当壳外电荷分布改变时,壳层外表面上的电荷分布也随之改变,以确保壳内电场分布一致。所以,金属壳对内部区域有着屏蔽作用。壳外的电场仅由壳外的带电体和金属壳的电位以及无限远处的电位所确定,与壳内电荷分布无关。当壳内电荷分布变化时,壳层内表面的电荷分布也随之改变,以确保壳外电场分布一致。所以,接地的金属壳对外部区域也有着屏蔽作用。在静电屏蔽中,金属壳接地是十分重要的。当壳内或壳外区域中的电荷分布改变时,通过接地线,电荷在壳层外表面和大地之间重新分布,以确保壳层电势恒定。从物理图像上看,由于在静电平衡时,金属内部不存在电场,壳内外的电场线被金属隔断,彼此无联系,所以,导体壳有隔离壳内外静电相互作用的效应。
如果金属壳未彻底封闭,壳上开有孔或缝,也同样有着静电屏蔽作用。在许多实际应用中,静电屏蔽装置时常是用金属丝编织成的金属网代替闭合的金属壳,即使一块金属板,一根金属线,亦有相应的静电屏蔽作用,只不过屏蔽的效果不如金属壳。
在外电场的作用下,电荷在导体上的重新分布,在10-19秒数量级时间内就可完成,所以对低频改变的电场,导体上的电荷有足够长的时间来确保内部场强为零,所以静电屏蔽装置对缓慢改变的电场也是有屏蔽作用。为了能提升对改变电场的屏蔽效果,屏蔽物的电导率应大,接地线要短,与地的接触要良好。
身穿高压作业服的人,由于被铜丝编织的衣服所包裹,人体内的场强保持为零,所以没有电流从人体中流过,人体是安全的。不过在作业者刚刚接触高压线的一瞬间高压服上的电荷有一个瞬时分布的过程,在这极小的时间内人体会有短暂的微弱电场作用,一般作业者都能承受住这考验。静电屏蔽的特点是一般只考虑到对静电场的屏蔽,封闭导体的屏蔽作用是彻底的(即内部场强可达到真正等于零),对屏壁壳的厚度和电导率也无要求。只有在把低频交流电场的屏蔽包括在静电屏蔽中时,总是希望屏蔽壳的电导率愈高愈好。
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