电磁学3.静电屏蔽

如果外部存在静电场,导体内部的自由电子在电场力的作用下产生定向移动,即极化,静电感应。使导体一端带正电一段带负电。这个过程会不断发生,直到内部产生的感生电场与外部的电场抵消,内部的电场强度为0,电子才会停止移动,达到平衡状态。这就是静电平衡。

静电平衡时,电荷不再受力移动,内部电场为0,根据高斯定理,内部电荷量为0。所以电荷只存在导体外表面。

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。

法拉第曾经冒着被电击的危险,把自己关在金属笼内,当笼外发生强大的静电放电时,什么事都没发生。

为什么纪念这位大佬,我们也给这种金属外壳叫做法拉第(屏蔽)笼。

虽然可能说起来简单,但是如果电场分布复杂,计算的话是不可能的。但是大自然却可以在瞬间完成。

需要注意的是,这和带电导体,内部电场为0的原因不同。如果导体带同种电荷,因为同性相斥,电荷之间会尽量远离,直到电荷能到的最远距离,也就是导体外表面。此时电荷也只会分布在外表面。所以此时导体内部电荷量为0,由高斯定理我们也可以知道此时内部电场为0.

两种都会让内部被电屏蔽,导体都变成等势体。

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