静电屏蔽

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引言

静电场是静止电荷的一种属性。电场具有正负性质，正电荷会排斥所有正电荷，反之亦然。电场的强弱取决于电荷的强度。然而，如果我们想防止系统受到任何其他电场的外部影响，它会非常有用。表面电荷的电场将保护表面内的系统。我们有很多简单的静电屏蔽例子，例如卡车后部悬挂的链条，高楼上的导线以防止雷击等。

什么是静电学？

静电学是物理学的一个分支，我们研究的是静止电荷的特性。那么，什么是电荷呢？电荷是任何基本粒子的属性，因为如果该粒子对另一个粒子施加或受到电力作用。测量电荷的标准单位是库仑，它是一个标量。

静电屏蔽

正如我们所知，屏蔽意味着防止某些东西受到外部攻击。为了保护一个物体，我们使用一个屏蔽物，它可以是任何金属、非金属或任何其他虚拟屏蔽物。

在这里，我们研究静电屏蔽，这是一种防止任何物体、位置或敏感设备免受外部电场或磁场影响的过程或方法。在这种预防方法中，我们利用的原理是：每个导体在其表面而非导体内部都具有电场。因此，我们设计一个系统，使其表现得像导体一样，而我们要保护的物体将保留在系统内部，因此不会受到外部电场的影响。

我们可以看到货车上静电屏蔽的实际例子，每辆货车油罐车都在车后悬挂着一根链条。当卡车移动时，油罐车会因空气摩擦而带电并储存大量电荷，这将是有害的。这条链条充当屏蔽物，通过将多余的电荷送入大地来防止多余的电荷储存在油罐车的表面。

图1：静电屏蔽

用户：しまでん，静电屏蔽，CC BY-SA 3.0

什么是法拉第笼？

法拉第笼，顾名思义，它就像一个笼子，具有相同的属性或形状。它是由迈克尔·法拉第在1800年发明的笼状结构。

迈克尔·法拉第首先提出了这个理论：当我们用金属或任何导电材料制造一个笼子时，整个笼子将像一个完整的导体一样工作。然后它将像导体一样工作，导体内部将没有电荷，所有的电荷都将集中在表面。

为了大规模验证这一理论，他在他的房间里做了一个实验，他用金属片（如铝箔）覆盖了房间。然后他设置了一个高压电流源。当他将高压施加到金属箔上时，他发现所有的电荷都集中在金属箔上，电子显微镜在房间内没有检测到任何电荷。

图2：法拉第笼

建筑元素 - www.Archele.com，建筑元素法拉第笼，CC BY-SA 4.0

法拉第笼的应用

法拉第笼是针对高压电脉冲和电场的最佳屏蔽工具。法拉第笼的一些重要应用如下：

• 防静电袋：大多数公司都利用法拉第笼原理来开发用于交付货物和设备的防静电袋。我们知道一些数字设备（如硬盘）是基于电场和磁场，可能会受到外部场的影响。因此，这些设备是使用这种屏蔽来交付的。

• 我们还可以利用法拉第笼原理来制造静电隔离的庇护所或仓库。这些庇护所用于停放一些昂贵的数字设备，例如超级计算机。

• 核磁共振成像 (MRI)：对于核磁共振成像测试，我们使用一个隔离室来防止外部电信号与原始数据混合。由于核磁共振成像是一种基于磁场的技术，因此它可能会受到外部电场的影响。

• 微波炉：微波炉也基于法拉第笼，以防止内部电磁辐射泄漏到外部区域。这使得烤箱更高效。

• 电中性环境：我们必须在许多领域（如化学、生物学、物理学等）进行各种实验以促进发展。有些实验是在灵敏的仪器上进行的，因此为了获得更高的精度，我们必须建立一个隔离的环境，这可以通过使用法拉第笼来实现。

静电屏蔽的应用

在数字化时代，我们可以说静电屏蔽与设备一样重要。让我们来看看静电屏蔽的应用。

• 我们可以将静电屏蔽的原理用于传输信号（如音频信号、消息信号等）的电线。

• 为了防止建筑物遭受雷击，我们使用导线来提供静电屏蔽。

• 汽车制造商也使用静电屏蔽来防止乘客遭受电击。

• 法拉第笼也是静电屏蔽的一种应用。

• 为了处理高压，工人们穿着由任何导电材料制成的衣服以防止外部影响。这被称为触电。

结论

在数字时代，静电屏蔽对于为我们的数字设备提供安全区域非常重要。这项创新是安全使用电力领域的一项重大进步。这项技术对于防止物体受到强电磁脉冲（如电源浪涌）的影响非常重要。

常见问题

Q1. 静电平衡是什么意思？

A1. 这是一个情况或条件，带电导体产生一个状态，当多余的电荷开始移动远离，因为它们克服了排斥力。

Q2. 为什么我们要接地笼子？

A2. 当我们使用法拉第笼进行静电屏蔽时，笼子的表面将获得巨大的电荷。多余的电荷被送入大地，以防止因过量电荷造成任何意外。

Q3. 一个电子的电荷量是多少？

A3. 一个电子的电荷量为 $\mathrm{1.6\:\times\:10^{-19}\:库仑}$。

Q4. 宇宙中存在多少种电荷？

A4. 有两种电荷：正电荷和负电荷。

Q5. 静电感应是什么意思？

A5. 静电感应是一个过程或现象，我们短暂地或暂时地给物体充电，我们可以看到相反的电荷出现在附近的粒子，相同的电荷出现在较远的粒子，这种现象是自然的，被称为静电感应。