Ekranowanie elektrostatyczne
Ekranowanie elektrostatyczne: Aby uniknąć wpływu zewnętrznego pola elektrycznego na urządzenie lub aby uniknąć wpływu pola elektrycznego sprzętu elektrycznego na świat zewnętrzny, do pokrycia zewnętrznego pola elektrycznego stosuje się przewód wnękowy, tak że elementy wewnętrzne nie są naruszone, a urządzenia elektryczne nie są zewnętrzne na zewnątrz. Efekt nazywa się ekranowaniem elektrostatycznym.
Osłona przewodu uziemiającego, który nie jest uziemiony, jest osłoną zewnętrzną, a ekran uziemienia przewodu wnękowego jest w pełni ekranowany. Przewód wnękowy znajduje się w równowadze elektrostatycznej w zewnętrznym polu elektrycznym, a jego natężenie pola wewnętrznego jest zawsze równe zero. Dlatego niemożliwe jest, aby zewnętrzne pole elektryczne miało jakikolwiek wpływ na swoją przestrzeń wewnętrzną. Jeśli w przewodzie wnękowym znajduje się naładowane ciało, jego wewnętrzna powierzchnia będzie wytwarzać taką samą ilość indukowanego ładunku, gdy jest wyważona elektrostatycznie. Jeśli zewnętrzna obudowa nie jest uziemiona, zewnętrzna powierzchnia wygeneruje taką samą ilość indukowanego ładunku jak wewnętrzna naładowana jednostka. W tym czasie pole elektryczne indukowanego ładunku elektrycznego będzie miało wpływ na świat zewnętrzny. W tym czasie przewód wnękowy może być ekranowany tylko przed zewnętrznym polem elektrycznym, ale wewnętrzna elektryfikacja nie może być ekranowana. Wpływ ciała na świat zewnętrzny, tzw. Ekranowanie zewnętrzne. Jeśli sprawa jest uziemiona, nawet jeśli w środku znajduje się naładowane ciało, algebraiczna suma ładunku indukowanego przez wewnętrzną powierzchnię i ładunek naładowanego ciała wynosi zero, a indukowany ładunek generowany przez zewnętrzną powierzchnię płynie do ziemi przez linia ziemi. Świat zewnętrzny nie może wpływać na wnętrze powłoki, a wpływ wewnętrznego naładowanego ciała na zewnątrz jest również wyeliminowany, więc ta osłona nazywa się pełnym ekranowaniem. Aby zapobiec zakłóceniom ze strony sygnałów zewnętrznych, ekranowanie elektrostatyczne jest szeroko stosowane w pracach naukowych i technicznych. Na przykład metalowa osłona na zewnątrz sprzętu elektronicznego, powłoka prowadząca na zewnątrz kabla komunikacyjnego itp. Są środkami ekranowania zapobiegającymi zewnętrznym zakłóceniom pola elektrycznego.
W stanie równowagi elektrostatycznej, czy jest to wydrążony przewodnik, czy solidny przewodnik; bez względu na to, jak bardzo naładowany jest przewodnik lub czy przewodnik znajduje się w zewnętrznym polu elektrycznym, musi to być ciało ekwipotencjalne, którego natężenie pola wewnętrznego wynosi zero, co stanowi teoretyczną podstawę ekranowania elektrostatycznego.
Ponieważ pole elektryczne w powłoce zamkniętego przewodnika ma typowe i praktyczne znaczenie, omawiamy ekranowanie elektrostatyczne, biorąc za przykład pole elektryczne w zamkniętej powłoce przewodnika.
(1) Na pole elektryczne wewnątrz zamkniętej powłoki przewodnika nie wpływa ładunek zewnętrzny ani pole elektryczne.
Jeśli w powłoce nie ma naładowanego ciała i na zewnątrz powłoki znajduje się ładunek q, indukcja elektrostatyczna powoduje naładowanie zewnętrznej ściany skorupy. Nie ma pola elektrycznego w powłoce, gdy elektryczność statyczna jest zrównoważona. Nie oznacza to, że ładunek zewnętrzny nie generuje pola elektrycznego w powłoce.
Pole elektryczne. Ponieważ zewnętrzna ściana powłoki wywołuje inny ładunek elektryczny, są one zerowe, a wynikowe pole jest wzbudzane przez q w dowolnym punkcie wewnętrznej przestrzeni powłoki. Dlatego na wewnętrzną stronę skorupy przewodnika nie wpływa ładunek zewnętrzny q lub inne pole elektryczne. Indukowany ładunek na zewnętrznej ścianie powłoki działa jak automatyczna regulacja.
Jeśli obudowa przewodu wnęki jest uziemiona, dodatni ładunek na obudowie będzie wpływał do ziemi wzdłuż ziemi. Po zrównoważeniu elektrostatycznym przewód wgłębny i ziemia są sobie równe, a natężenie pola we wnęce jest nadal zerowe.
Jeśli w komorze znajduje się ładunek, przewód wnęki jest nadal ekwipotencjalny względem ziemi i nie ma pola elektrycznego w przewodzie. W tym czasie, z powodu indukcyjnego ładunku wewnętrznej ściany wnęki, we wnęce znajduje się pole elektryczne. To pole elektryczne jest generowane przez ładunek w powłoce, a ładunek na zewnątrz powłoki nadal nie ma wpływu na pole elektryczne w powłoce.
Z powyższej dyskusji wynika, że na wewnętrzne pole elektryczne nie ma wpływu zewnętrzny ładunek powłoki zamkniętego przewodnika, niezależnie od tego, czy jest on uziemiony, czy nie.
(2) Zewnętrzne pole elektryczne uziemionej powłoki zamkniętego przewodnika nie jest zakłócone przez ładunek wewnątrz powłoki.
Jeśli wnęka w powłoce ma ładunek q, z powodu indukcji elektrostatycznej, wewnętrzna ściana powłoki ma taką samą ilość ładunku elektrycznego, zewnętrzna ściana powłoki ma taką samą ilość ładunku, a pole elektryczne istnieje w zewnętrzna przestrzeń muszli. Można powiedzieć, że to pole elektryczne jest pośrednio naładowane ładunkiem elektrycznym w powłoce. produkować. Można również powiedzieć, że jest on bezpośrednio generowany przez ładunek indukowany na zewnątrz powłoki.
Jeśli jednak obudowa jest uziemiona, ładunek na zewnątrz obudowy zniknie, a ładunek elektryczny w obudowie i indukowany ładunek na wewnętrznej ścianie wytworzą pole elektryczne poza obudową (rys. 5). Można zauważyć, że jeśli ładunek w powłoce nie jest pod wpływem pola elektrycznego poza powłoką, obudowa musi być uziemiona. Różni się to od pierwszego przypadku.
Zwróć także uwagę na: 1 Mówimy, że uziemienie wyeliminuje ładunek na zewnątrz powłoki, ale nie oznacza to, że w żadnym wypadku zewnętrzna ściana muszli musi być rozładowana. Jeśli na zewnątrz powłoki znajduje się naładowane ciało, zewnętrzna ściana powłoki może nadal być naładowana, niezależnie od tego, czy w powłoce znajduje się ładunek (Rysunek 6).
2 W praktycznych zastosowaniach metalowa obudowa nie musi być całkowicie i całkowicie zamknięta, a metalowa osłona może być użyta zamiast metalowej obudowy, aby uzyskać podobny efekt ekranowania elektrostatycznego, chociaż ekranowanie nie jest całkowicie i całkowicie.
3 W przypadku równowagi elektrostatycznej nie ma przepływu ładunku w przewodzie uziemiającym, ale jeśli ładunek w osłoniętej powłoce zmienia się w czasie lub ładunek naładowanego ciała w pobliżu zewnętrznej powłoki zmienia się z czasem, nastąpi prąd w przewód uziemiający. . Tarcza może mieć również ładunek szczątkowy, a efekt ekranowania będzie niekompletny i niekompletny.
W skrócie, czy powłoka zamkniętego przewodnika jest uziemiona, czy nie, wewnętrzne pole elektryczne nie jest obciążone przez ładunek zewnętrzny i pole elektryczne; pole elektryczne na zewnątrz powłoki zamkniętego przewodnika nie podlega wpływowi ładunku wewnątrz powłoki. Zjawisko to nazywane jest ekranowaniem elektrostatycznym.
Ekranowanie elektrostatyczne ma dwa znaczenia. Jednym z nich jest praktyczne znaczenie: ekranowanie sprawia, że instrument lub środowisko pracy wewnątrz powłoki przewodnika metalowego jest odporne na zewnętrzne pole elektryczne i nie wpływa na zewnętrzne pole elektryczne. Aby uniknąć zakłóceń, niektóre urządzenia elektroniczne lub urządzenia pomiarowe muszą być ekranowane elektrostatycznie, takie jak metalowa osłona z uziemioną pokrywą urządzenia wysokiego napięcia lub gęsta metalowa pokrywa siatki, oraz metalowa rura do lampy elektronowej. Innym przykładem jest transformator prostujący z pełną falą lub z prostownikiem mostkowym. Metalowa folia jest owinięta między uzwojeniem pierwotnym a uzwojeniem wtórnym lub drut emaliowany jest nawinięty i uziemiony w celu uzyskania ekranowania. Podczas pracy pod napięciem pracownicy noszą kombinezon wyrównujący ciśnienie, tkany drutem lub włóknem przewodzącym, chroniący ludzkie ciało. W eksperymencie elektrostatycznym pionowe pole elektryczne wynosi około 100 V / m blisko ziemi. Aby wykluczyć wpływ tego pola elektrycznego na elektrony i zbadać ruch elektronów tylko pod wpływem grawitacji, musi on mieć eE
Drugi to teoretyczny: pośrednia weryfikacja prawa Coulomba. Twierdzenie Gaussa można wyprowadzić z prawa Coulomba. Jeśli odwrotny wskaźnik prostopadłości w prawie Coulomba nie jest równy 2, nie można uzyskać twierdzenia Gaussa. Wręcz przeciwnie, jeśli udowodnione zostanie twierdzenie Gaussa, udowodniona zostanie poprawność prawa Coulomba. Zgodnie z twierdzeniem Gaussa siła pola wewnątrz izolowanej metalowej powłoki sferycznej powinna wynosić zero, co jest również konkluzją ekranowania elektrostatycznego. Jeśli przyrząd jest używany do wykrywania elektryfikacji w obudowie tarczy, poprawność twierdzenia Gaussa można określić analizując wyniki pomiarów, a poprawność prawa Coulomba jest weryfikowana. Ostatnie wyniki eksperymentów zostały wypełnione przez Williamsa i in. w 1971 r., wskazując
W F = q1q2 / r2 ± δ, δ <(2,7 ±="" 3,1)="" ×="">
Można zauważyć, że odwrotna relacja kwadratowa prawa Coulomba jest ściśle ustalona w ramach eksperymentalnej precyzji, którą można osiągnąć na tym etapie. Z praktycznego punktu widzenia możemy uznać to za poprawne.
W statycznie zrównoważonym przewodniku siła wewnętrznego pola wynosi zero. Wydrążony przewodnik jest wydrążony w powłoce przewodnika, a natężenie pola w powłoce jest wciąż zerowe. W ten sposób powłoka przewodnika może chronić obszar, który otacza, tak że zewnętrzny obszar elektryczny nie ma wpływu na ten obszar. Zjawisko to nazywane jest ekranowaniem elektrostatycznym.