Физические основы низкочастотного экранирования Электростатическое экранирование

Если в электрическое поле ввести проводник, то в результате поляризации электроны в нем начнут перемещаться в сторону положительно заряженной пластины и на части проводника, обращенной к этой пластине возникает отрицательный потенциал, а противоположная часть проводника окажется заряженной положительно. Положительная и отрицательная части проводника создадут свое собственное вторичное поле, которое равно внешнему и имеет направление, противоположное ему. Следовательно, внешнее поле и поле созданное проводником, компенсируют друг друга во всех точках внутри тела и на поверхности проводника. Внутри проводника поле отсутствует.

Если во внутренней полости проводника поместить устройство, подверженное воздействию электростатического поля, то тем самым можно исключить влияние поля на это устройство.

Допустим теперь, что заряд +q помещен в центре сферической металлической оболочки. На внутренней поверхности оболочки возникают заряды –q, а на внешней +q и экран окажется, таким образом, не эффективным. Однако, если теперь подключить металлическую оболочку к земле (корпусу), это приведет к тому, что заряды, находящиеся на внешней поверхности оболочки, стекут на корпус, так как он обладает очень большой емкостью, вне оболочки поле окажется равным нулю. Таким образом, электрическое экранирование по существу сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электрических зарядов в землю (на корпус аппаратуры). Заземление электрического экрана является необходимым элементом, вытекающим из сущности электростатического экранирования. Без заземления эффективность электростатического экрана определяется перераспределением заряда на его поверхности.

Поместим между источником электрического поля малых размеров с результирующим зарядом q экран конечных размеров. Поле в точке М в отсутствие экрана определяется соотношением

. (2)

Будем предполагать, что поле перед экраном со стороны заряда определяется по методу изображений и считать, что размеры экрана велики по сравнению с расстоянием h_q от экрана до заряда и поэтому краевые эффекты пренебрежимо малы:

. (3)

Поверхностная плотность заряда в соответствии составляет:

. (4)

В идно, что плотность заряда весьма быстро ( 1/³) спадает к краям экрана и можно считать, что весь заряд сосредоточен вблизи проекции заряда на экран. На поверхности экрана со стороны заряда q индуцируется отрицательный заряд с величиной не менее чем и не менее чем . Поскольку экран в целом нейтрален, то такой величины положительный заряд появляется на обратной по отношению к возбуждающему заряду стороне экрана. При этом можно показать, что он распределен с плотностью близкой к равномерной. Так что плотность заряда здесь составляет величину близкую к

,

а, следовательно, поле вблизи экрана приблизительно однородно и составляет величину:

. (5)

Эффективность экранирования определяется по формуле:

. (6)

Если металлический экран полностью компенсирует влияние электростатического поля, то использованием диэлектрических экранов можно ослабить поле в _r раз, где _r – относительная диэлектрическая проницаемость материала.

Задание на лабораторную работу по разделу «:Электростатическое экранирование» берется индивидуально в виде конкретного сочетания параметров из Таблицы 1. ( тощина экрана).

Табл.1

______________________________________________________________

№вар 1 2 3 4 5

______________________________________________________________

a 1 1.2 1.4 1.5 1.6

_____________________________________________________________

h_max 0.05 0.1 0.12 0.14 0.16

_____________________________________________________________

d 0.001 0.002 0.oo3 0.004 0.005

_____________________________________________________________

Необходимо исследовать зависимость эффективности экранирования как функцию расстояния между точкой источника поля и точкой размещения защищаемого объекта. Построить график и объяснить полученный результат.