题目

什么情况 下静电力为零

提问时间：2020-12-07

答案

绝源的环境下.静电平衡状态
(1)静电平衡
当导体中的电荷静止不动,从而场强分布不随时间变化时,导体就达到了静电平衡.
(2)静电平衡状态
导体中（包括表面）没有电荷的定向移动的状态,叫做静电平衡状态.
(3)静电平衡的条件
处于静电平衡状态的导体,内部的场强处处为零.
(4)静电平衡导体的性质
①处于静电平衡状态的导体,表面上任何一点的场强方向都跟该点的表面垂直；
②处于静电平衡状态的导体,电荷只能分布在导体的外表面上.
③处于静电平衡状态的导体是一个等势体,其表面为一个等势面.
处于静电平衡状态的导体,内部场强处处为零,电荷仅分布在导体的外表面上.因内部场强处处为零,则在导体内部任两点间移动电荷都不做功,因而任两点间的电势差都为零,导体是个等势体,导体表面是个等势面.
静电平衡下的地球及与之相连的导体是等势体.所以实际中常取地球或与之相连的导体的电势为零.
2.静电屏蔽
(1)静电屏蔽
导体壳(金属网罩)能保护它所包围的区域,使这个区域不受外电场的影响,这种现象叫做静电屏蔽.
静电屏蔽:为了避免外界电场对仪器设备的影响,或者为了避免电器设备的电场对外界的影响,用一个空腔导体把外电场遮住,使其内部不受影响,也不使电器设备对外界产生影响,这就叫做静电屏蔽.空腔导体不接地的屏蔽为外屏蔽,空腔导体接地的屏蔽为全屏蔽.空腔导体在外电场中处于静电平衡,其内部的场强总等于零.因此外电场不可能对其内部空间发生任何影响.若空腔导体内有带电体,在静电平衡时,它的内表面将产生等量异号的感生电荷.如果外壳不接地则外表面会产生与内部带电体等量而同号的感生电荷,此时感应电荷的电场将对外界产生影响,这时空腔导体只能对外电场屏蔽,却不能屏蔽内部带电体对外界的影响,所以叫外屏蔽.如果外壳接地,即使内部有带电体存在,这时内表面感应的电荷与带电体所带的电荷的代数和为零,而外表面产生的感应电荷通过接地线流入大地.外界对壳内无法影响,内部带电体对外界的影响也随之而消除,所以这种屏蔽叫做全屏蔽.为了防止外界信号的干扰,静电屏蔽被广泛地应用科学技术工作中.例如电子仪器设备外面的金属罩,通讯电缆外面包的铅皮等等,都是用来防止外界电场干扰的屏蔽措施.
在静电平衡状态下,不论是空心导体还是实心导体；不论导体本身带电多少,或者导体是否处于外电场中,必定为等势体,其内部场强为零,这是静电屏蔽的理论基础.
(2)静电屏蔽的应用
电子仪器外套金属网罩,通讯电缆外包一层铅皮等.
静电屏蔽有两方面的意义
其一是实际意义：屏蔽使金属导体壳内的仪器或工作环境不受外部电场影响,也不对外部电场产生影响.有些电子器件或测量设备为了免除干扰,都要实行静电屏蔽,如室内高压设备罩上接地的金属罩或较密的金属网罩,电子管用金属管壳.又如作全波整流或桥式整流的电源变压器,在初级绕组和次级绕组之间包上金属薄片或绕上一层漆包线并使之接地,达到屏蔽作用.在高压带电作业中,工人穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服,可以对人体起屏蔽保护作用.在静电实验中,因地球附近存在着大约100V／m的竖直电场.要排除这个电场对电子的作用,研究电子只在重力作用下的运动,则必须有eE＜meg,可算出E＜10-10V／m,这是一个几乎没有静电场的“静电真空”,这只有对抽成真空的空腔进行静电屏蔽才能实现.事实上,由一个封闭导体空腔实现的静电屏蔽是非常有效的.
其二是理论意义：间接验证库仑定律.高斯定理可以从库仑定律推导出来的,如果库仑定律中的平方反比指数不等于2就得不出高斯定理.反之,如果证明了高斯定理,就证明库仑定律的正确性.根据高斯定理,绝缘金属球壳内部的场强应为零,这也是静电屏蔽的结论.若用仪器对屏蔽壳内带电与否进行检测,根据测量结果进行分析就可判定高斯定理的正确性,也就验证了库仑定律的正确性.最近的实验结果是威廉斯等人于1971年完成的,指出在式
F=q1q2/r2±δ中,δ＜（2.7±3.1）×10-16,
可见在现阶段所能达到的实验精度内,库仑定律的平方反比关系是严格成立的.从实际应用的观点看,我们可以认为它是正确的.
处于静电平衡状态的导体,内部的场强处处为零.把一个实心导体挖空,变成一个导体壳,壳内的场强仍处处为零.这样,导体壳就可以保护它所包围的区域,使这个区域不受外部电场的影响,这种现象叫做静电屏蔽.