靜電遮蔽

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引言

靜電場是靜止電荷的一種屬性。電場具有正負性質，正電荷會排斥所有正電荷，反之亦然。電場的強弱取決於電荷的強度。然而，如果我們想防止系統受到任何其他電場的外部影響，它會非常有用。表面電荷的電場將保護表面內的系統。我們有很多簡單的靜電遮蔽例子，例如卡車後部懸掛的鏈條，高樓上的導線以防止雷擊等。

什麼是靜電學？

靜電學是物理學的一個分支，我們研究的是靜止電荷的特性。那麼，什麼是電荷呢？電荷是任何基本粒子的屬性，因為如果該粒子對另一個粒子施加或受到電力作用。測量電荷的標準單位是庫侖，它是一個標量。

靜電遮蔽

正如我們所知，遮蔽意味著防止某些東西受到外部攻擊。為了保護一個物體，我們使用一個遮蔽物，它可以是任何金屬、非金屬或任何其他虛擬遮蔽物。

在這裡，我們研究靜電遮蔽，這是一種防止任何物體、位置或敏感裝置免受外部電場或磁場影響的過程或方法。在這種預防方法中，我們利用的原理是：每個導體在其表面而非導體內部都具有電場。因此，我們設計一個系統，使其表現得像導體一樣，而我們要保護的物體將保留在系統內部，因此不會受到外部電場的影響。

我們可以看到貨車上靜電遮蔽的實際例子，每輛貨車油罐車都在車後懸掛著一根鏈條。當卡車移動時，油罐車會因空氣摩擦而帶電並儲存大量電荷，這將是有害的。這條鏈條充當遮蔽物，透過將多餘的電荷送入大地來防止多餘的電荷儲存在油罐車的表面。

圖1：靜電遮蔽

使用者：しまでん，靜電遮蔽，CC BY-SA 3.0

什麼是法拉第籠？

法拉第籠，顧名思義，它就像一個籠子，具有相同的屬性或形狀。它是由邁克爾·法拉第在1800年發明的籠狀結構。

邁克爾·法拉第首先提出了這個理論：當我們用金屬或任何導電材料製造一個籠子時，整個籠子將像一個完整的導體一樣工作。然後它將像導體一樣工作，導體內部將沒有電荷，所有的電荷都將集中在表面。

為了大規模驗證這一理論，他在他的房間裡做了一個實驗，他用金屬片（如鋁箔）覆蓋了房間。然後他設定了一個高壓電流源。當他將高壓施加到金屬箔上時，他發現所有的電荷都集中在金屬箔上，電子顯微鏡在房間內沒有檢測到任何電荷。

圖2：法拉第籠

建築元素 - www.Archele.com，建築元素法拉第籠，CC BY-SA 4.0

法拉第籠的應用

法拉第籠是針對高壓電脈衝和電場的最佳遮蔽工具。法拉第籠的一些重要應用如下：

• 防靜電袋：大多數公司都利用法拉第籠原理來開發用於交付貨物和裝置的防靜電袋。我們知道一些數字裝置（如硬碟）是基於電場和磁場，可能會受到外部場的影響。因此，這些裝置是使用這種遮蔽來交付的。

• 我們還可以利用法拉第籠原理來製造靜電隔離的庇護所或倉庫。這些庇護所用於停放一些昂貴的數字裝置，例如超級計算機。

• 核磁共振成像 (MRI)：對於核磁共振成像測試，我們使用一個隔離室來防止外部電訊號與原始資料混合。由於核磁共振成像是一種基於磁場的技術，因此它可能會受到外部電場的影響。

• 微波爐：微波爐也基於法拉第籠，以防止內部電磁輻射洩漏到外部區域。這使得烤箱更高效。

• 電中性環境：我們必須在許多領域（如化學、生物學、物理學等）進行各種實驗以促進發展。有些實驗是在靈敏的儀器上進行的，因此為了獲得更高的精度，我們必須建立一個隔離的環境，這可以透過使用法拉第籠來實現。

靜電遮蔽的應用

在數字化時代，我們可以說靜電遮蔽與裝置一樣重要。讓我們來看看靜電遮蔽的應用。

• 我們可以將靜電遮蔽的原理用於傳輸訊號（如音訊訊號、訊息訊號等）的電線。

• 為了防止建築物遭受雷擊，我們使用導線來提供靜電遮蔽。

• 汽車製造商也使用靜電遮蔽來防止乘客遭受電擊。

• 法拉第籠也是靜電遮蔽的一種應用。

• 為了處理高壓，工人們穿著由任何導電材料製成的衣服以防止外部影響。這被稱為觸電。

結論

在數字時代，靜電遮蔽對於為我們的數字裝置提供安全區域非常重要。這項創新是安全使用電力領域的一項重大進步。這項技術對於防止物體受到強電磁脈衝（如電源浪湧）的影響非常重要。

常見問題

Q1. 靜電平衡是什麼意思？

A1. 這是一個情況或條件，帶電導體產生一個狀態，當多餘的電荷開始移動遠離，因為它們克服了排斥力。

Q2. 為什麼我們要接地籠子？

A2. 當我們使用法拉第籠進行靜電遮蔽時，籠子的表面將獲得巨大的電荷。多餘的電荷被送入大地，以防止因過量電荷造成任何意外。

Q3. 一個電子的電荷量是多少？

A3. 一個電子的電荷量為 $\mathrm{1.6\:\times\:10^{-19}\:庫侖}$。

Q4. 宇宙中存在多少種電荷？

A4. 有兩種電荷：正電荷和負電荷。

Q5. 靜電感應是什麼意思？

A5. 靜電感應是一個過程或現象，我們短暫地或暫時地給物體充電，我們可以看到相反的電荷出現在附近的粒子，相同的電荷出現在較遠的粒子，這種現象是自然的，被稱為靜電感應。