靜電屏蔽的原理及應(yīng)用
科技館看表演時，工作人員請幾位觀眾進入籠體后關(guān)閉籠門，操作員接通高壓電源，用放電桿進行放電演示。這時即使籠內(nèi)人員將手貼在籠壁上，使放電桿向手指放電，籠內(nèi)人員不僅不會觸電，而且還可以體驗電子風(fēng)的清涼感覺。為什么高壓電源加在金屬籠上人卻不會觸電呢?
這就是靜電屏蔽。
靜電屏蔽 　　
　　在屏蔽罩接地后干擾電流經(jīng)屏蔽外層流入大地導(dǎo)體空腔內(nèi)無其他帶電體的情況下，導(dǎo)體內(nèi)部和導(dǎo)體的內(nèi)表面上處處皆無電荷，電荷僅僅分布在導(dǎo)體外表面上。所以腔內(nèi)的場強和導(dǎo)體內(nèi)部一樣，也處處等于零；各點的電勢均相等，而且與導(dǎo)體電勢相等。因此，如果把空心的導(dǎo)體放在電場中時，電場線將垂直地終止于導(dǎo)體的外表面上，而不能穿過導(dǎo)體進入腔內(nèi)。這樣，放在導(dǎo)體空腔中的物體因空腔導(dǎo)體屏蔽了外電場，而不會受到任何外電場的影響。綜上所述，空腔導(dǎo)體(不論是否接地)的內(nèi)部空間不受外電荷和電場的影響；接地的空腔導(dǎo)體，腔外空間不受腔內(nèi)電荷和電場影響，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。
　　靜電屏蔽分為外屏蔽和全屏蔽。
　　空腔導(dǎo)體在外電場中處于靜電平衡，其內(nèi)部的場強總等于零。因此外電場不可能對其內(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，它的內(nèi)表面將產(chǎn)生等量異號的感生電荷。如果外殼不接地則外表面會產(chǎn)生與內(nèi)部帶電體等量而同號的感應(yīng)電荷，此時感應(yīng)電荷的電場將對外界產(chǎn)生影響，這時空腔導(dǎo)體只能對外電場屏蔽，卻不能屏蔽內(nèi)部帶電體對外界的影響，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。外界對殼內(nèi)無法影響，內(nèi)部帶電體對外界的影響也隨之而消除，所以這種屏蔽叫做全屏蔽。
　　這里還須注意：
　　(1)實際應(yīng)用中金屬外殼不必嚴格完全封閉，用金屬網(wǎng)罩代替金屬殼體也可達到類似的靜電屏蔽效果，雖然這種屏蔽并不是完全、徹底的。
　　(2)在靜電平衡時，接地線中是無電荷流動的，但是如果被屏蔽的殼內(nèi)的電荷隨時間變化，或者是殼外附近帶電體的電荷隨時間而變化，就會使接地線中有電流。屏蔽罩也可能出現(xiàn)剩余電荷，這時屏蔽作用又將是不完全和不徹底的。
　　總之，封閉導(dǎo)體殼不論接地與否，內(nèi)部電場不受殼外電荷與電場影響；接地封閉導(dǎo)體殼外電場不受殼內(nèi)電荷的影響。這種現(xiàn)象，叫靜電屏蔽。
應(yīng)用 　　
　　文章引例中提到的表演就是一個經(jīng)典應(yīng)用DD“法拉第籠”。其籠體與大地連通，高壓電源通過限流電阻將10萬伏直流高壓輸送給放電桿，當放電桿尖端距籠體10厘米時，出現(xiàn)放電火花，根據(jù)接地導(dǎo)體靜電平衡的條件，籠體是一個等位體，內(nèi)部電位為零，電場為零，電荷分布在接近放電桿的外表面上。眾所周知，人體觸電的原因是身體的不同部位存在電位差，強電流通過身體，此時手指雖然接近放電火花，但放電電流是通過手指前方的金屬網(wǎng)傳入大地，身體并不存在電位差，沒有電流通過，所以沒有觸電的感覺，
　　屏蔽使金屬導(dǎo)體殼內(nèi)的儀器或工作環(huán)境不受外部電場影響，也不對外部電場產(chǎn)生影響。有些電子器件或測量設(shè)備為了免除干擾，都要實行靜電屏蔽，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；在工程上，為了避免外電場對電氣設(shè)備(如一些精密的電器測量儀器等)大的干擾，或防止電氣設(shè)備(如高壓裝置)的電場對外界產(chǎn)生影響，擦汗那個在這些設(shè)備的外面用接地的金屬殼品比電場。在弱點工程中，有些傳輸信號的導(dǎo)線，為了增強抗干擾性能，往往在其絕緣層外再加一層金屬編織網(wǎng)，這種線纜稱為屏蔽線纜。
　　在靜電實驗中，因地球附近存在著大約100Wm的豎直電場。要排除這個電場對電子的作用，研究電子只在重力作用下的運動，則必須有eE　　當今青少年日常使用的MP3防靜電袋就是根據(jù)“法拉第籠”(“法拉第籠”是由金屬網(wǎng)制成，它演示的是靜電屏蔽原理。“法拉第籠”在外電作用下接近外電場的部位產(chǎn)生烙應(yīng)電荷，感應(yīng)電荷電場與外電場在籠殼內(nèi)部的迭電場始終為零)原理設(shè)計，適用于PCB、IC卡、MP3等靜電敏感產(chǎn)品的包裝，可防止靜電釋放帶來的損傷，傳感部件如MOS、CMOS、FET配件等，在用防靜電屏蔽袋包裝后，能有效保護因外來靜電給內(nèi)部敏感元件造成的影響和損壞，從而保證MP3的音質(zhì)以及播放效果能夠不受影響。
　　電磁屏蔽室：要學(xué)生端坐在里面，防止他們考試作弊；國外的洗衣機，空調(diào)電磁輻射的測量，也都放在電磁屏蔽室中；一些雷達，通信電臺，一些加密傳輸測量，為了保密，就在里面測試；一些深空探測設(shè)備，也要在里面測試，可以將發(fā)射信號衰減的很微弱，而且場強十分準確；高抗干擾的通信設(shè)備，就要在這種電磁“真空”環(huán)境調(diào)試，才能工作在電子對抗的戰(zhàn)場。
　　又如作全波整流或橋式整流的電源變壓器，在初級繞組和次級繞組之間包上金屬薄片或繞上一層漆包線并使之接地，達到屏蔽作用。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，可以對人體起屏蔽保護作用。
　　還有一個鮮為人知的在理論上的應(yīng)用：間接驗證庫侖定律。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)部的場強應(yīng)為零，這也是靜電屏蔽的結(jié)論。若用儀器對屏蔽殼內(nèi)帶電與否進行檢測，根據(jù)測量結(jié)果進行分析就可判定高斯定理的正確性，也就驗證了庫侖定律的正確性。最近的實驗結(jié)果是威廉斯等人于1971年完成的，指出在式F=q1q2／r2±8中，6<(2.7±3.1)×10-16。可見在現(xiàn)階段所能達到的實驗精度內(nèi)，庫侖定律的平方反比關(guān)系是嚴格成立的。從實際應(yīng)用的觀點看，我們可以認為它是正確的。