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摘要：电磁屏蔽可分为三类：静电屏蔽、静磁屏蔽、高频电磁场的屏蔽。由于所要屏蔽的场的特性不同，因而对屏蔽壳的要求及其效果也有所不同。
关键词：静电屏蔽；静磁屏蔽；电磁屏蔽
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）4（S）-0062-2
一般说来，电磁屏蔽可分为三类：静电屏蔽、静磁屏蔽、高频电磁场的屏蔽。三种屏蔽的共性是防止外界的电磁场进入到某个需要保护的区域。它们都是利用屏蔽壳上由外场的感应产生的效应，来抵消外场的影响。但是由于所要屏蔽的场的特性不同，因而对屏蔽壳的要求及其效果也有所不同。
1 静电屏蔽
放在电场中的导体，其内部的自由电子受到库仑力的作用，将向与电场相反的方向移动。导体表面电荷重新分布，重新分布的电荷形成的附加电场与外电场叠加，直到导体内部场强处处为零才停止自由电子的定向移动。这时导体达到静电平衡状态。如图1（a），静电平衡时，导体壳内场强为零。因而空腔导体壳内不会受到壳外电荷或其他电场的影响。
如果导体壳内有电荷，如图1（b），由于静电感应。导体壳内壁将出现与这一电荷等量的异种电荷。导体壳外壁感应出现的等量的同种电荷与导体壳原来的电荷相加。导体壳外出现了新的电场。如果导体壳内的电荷发生变化，导体壳外的场强也将发生变化。但如果将导体壳与大地相连。则导体壳外电荷将流人大地，当导体壳内电荷发生变化时，虽然导体壳内壁感应电荷也发生变化，但导体壳外部电荷不受影响，外部电场当然也不受影响。这样，接地空腔导体完全屏蔽了空腔内带电体对空腔外的静电作用。
综上所述，空腔导体不论接地与否，内部电场不受壳外电荷与电场影响：接地空腔导体壳外电场不受壳内电荷的影响。利用导体空腔就可以完全屏蔽空腔内外静电场的相互影响，这就是静电屏蔽作用。实际上，对于变化很慢（如50Hz）的交流电而言，虽然其电场是在不断变化。但由于电场中的导体表面电荷仅在10-19秒数量级时间内就完成重新分布，因此导体中的电子有足够长的时间移动来保证内部场强为零，从而屏蔽低频交流电的电场。因此，防止低频交流电的电场，也就可以归结到静电屏蔽一类中来。
封闭导体的屏蔽作用是完全的（即内部场强可以达到真正等于零），对屏蔽壳的厚度和电导率并无要求，也就是说厚一点和薄一点的屏蔽壳。效果并无差别。导电率低的和导电率高的金属，效果也一样。只是在把低频交流电场的屏蔽也包括在内时。对屏蔽壳的电导率。还是希望高一点好。
2 静磁屏蔽
将一个铁壳放在外磁场中，如图2，铁壳的壁与空腔中的空气可以看成是并联的磁路，由于空气的磁导率u接近于1，而铁壳的磁导率远远大于1，所以空腔的磁阻比铁壳壁的磁阻大得多，则磁场中绝大部分将沿着空腔两侧的铁壳壁内“通过”。“进入”空腔内部的磁场是很少的，从而达到静磁屏蔽的目的。
由于金属导体的电导率比空气的电导率大十几个数量级，因此静电屏蔽的效果非常好。而铁磁物质与空气的磁导率的差别只有几个数量级，通常约大几千倍。所以静磁屏蔽是不完全的。壳的厚度和磁导率对屏蔽效果有很明显的影响，壳越厚，导磁率越高，屏蔽效果越好。为了达到更好的磁屏蔽效果，可以采用多层铁壳的方法，把漏进空腔里的残余磁场一次次地屏蔽掉。所以效果良好的磁屏蔽一般都比较笨重。但是，若要制造绝对的“静磁真空”，则可以利用超导体的迈斯纳效应。即将一块超导体放在外磁场中，其体内的磁感应强度B永远为零，超导体是完全抗磁体。具有最理想的静磁屏蔽效果，但目前还不能普遍应用。
3 电磁屏蔽
当电磁场的变化频率很高时（譬如达到百万周或更高），导体上的感应电荷已不能再看作是静止的了，导体也就不再处于静电平衡状态。用静电屏蔽的概念来说明高频电磁场的屏蔽效应是不行的。这时必须从电磁场在导体中的“透入深度”来考虑。如图3表示电磁波射向一导体表面的情形。它进入导体表面后，在导体中产生一个高频的交变电流，这个电流产生的电磁波在导体内部与入射波的位相相反，同时电流的产生还导致场能的消耗。结果使得内部的电磁场基本上呈指数衰减，这就是屏蔽作用的来源。对于良导体。透入的深度与电磁波的频率、电导率及导磁率都有关系。频率越高、电导率越大、导磁率越大，透入深度就越小。对于铝、铜、铁这样的金属，若用来屏蔽1兆赫左右的电磁波。只要一张纸那么厚就基本可以了。由于铁的导磁率高，屏蔽效果尤其好，在电子示波器的示波管外面，总是把一个铁的外壳将管子包裹起来，它既可屏蔽高频电磁场对电子束的干扰，也可屏蔽低频磁场和电场对电子束的干扰。
4 三种屏蔽的区别与联系
在低频情况下，电磁屏蔽就是静磁屏蔽。这时应采用铁磁材料效果很好。而在高频时，由于铁磁材料的磁滞损耗和涡流损失较大，故一般不采用高磁导率的磁屏蔽，而采用高电导率的材料做电磁屏蔽。
电磁屏蔽和静电屏蔽有相同点也有不同点。相同点是都应用高电导率的金属材料来制作；不同点是静电屏蔽只能消除电容耦合，防止静电感应，屏蔽必须接地。而电磁屏蔽是使电磁场只能透入屏蔽体一薄层，借涡流消除电磁场的干扰，这种屏蔽体可以不接地。但因用作电磁屏蔽的导体增加了静电耦合。因此，即使只进行电磁屏蔽，也还是接地为好，这样电磁屏蔽也同时起静电屏蔽作用。
参考文献：
[1]赵凯华，陈熙谋.新概念物理教程·电磁学[M].北京：高教教育出版社，2003.
[2]戚益.三种电磁屏蔽的区别[J].中学物理教学参考，2000，（12）：10.
（栏目编辑 王柏庐）
关键词：静电屏蔽；静磁屏蔽；电磁屏蔽
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）4（S）-0062-2
一般说来，电磁屏蔽可分为三类：静电屏蔽、静磁屏蔽、高频电磁场的屏蔽。三种屏蔽的共性是防止外界的电磁场进入到某个需要保护的区域。它们都是利用屏蔽壳上由外场的感应产生的效应，来抵消外场的影响。但是由于所要屏蔽的场的特性不同，因而对屏蔽壳的要求及其效果也有所不同。
1 静电屏蔽
放在电场中的导体，其内部的自由电子受到库仑力的作用，将向与电场相反的方向移动。导体表面电荷重新分布，重新分布的电荷形成的附加电场与外电场叠加，直到导体内部场强处处为零才停止自由电子的定向移动。这时导体达到静电平衡状态。如图1（a），静电平衡时，导体壳内场强为零。因而空腔导体壳内不会受到壳外电荷或其他电场的影响。
如果导体壳内有电荷，如图1（b），由于静电感应。导体壳内壁将出现与这一电荷等量的异种电荷。导体壳外壁感应出现的等量的同种电荷与导体壳原来的电荷相加。导体壳外出现了新的电场。如果导体壳内的电荷发生变化，导体壳外的场强也将发生变化。但如果将导体壳与大地相连。则导体壳外电荷将流人大地，当导体壳内电荷发生变化时，虽然导体壳内壁感应电荷也发生变化，但导体壳外部电荷不受影响，外部电场当然也不受影响。这样，接地空腔导体完全屏蔽了空腔内带电体对空腔外的静电作用。
综上所述，空腔导体不论接地与否，内部电场不受壳外电荷与电场影响：接地空腔导体壳外电场不受壳内电荷的影响。利用导体空腔就可以完全屏蔽空腔内外静电场的相互影响，这就是静电屏蔽作用。实际上，对于变化很慢（如50Hz）的交流电而言，虽然其电场是在不断变化。但由于电场中的导体表面电荷仅在10-19秒数量级时间内就完成重新分布，因此导体中的电子有足够长的时间移动来保证内部场强为零，从而屏蔽低频交流电的电场。因此，防止低频交流电的电场，也就可以归结到静电屏蔽一类中来。
封闭导体的屏蔽作用是完全的（即内部场强可以达到真正等于零），对屏蔽壳的厚度和电导率并无要求，也就是说厚一点和薄一点的屏蔽壳。效果并无差别。导电率低的和导电率高的金属，效果也一样。只是在把低频交流电场的屏蔽也包括在内时。对屏蔽壳的电导率。还是希望高一点好。
2 静磁屏蔽
将一个铁壳放在外磁场中，如图2，铁壳的壁与空腔中的空气可以看成是并联的磁路，由于空气的磁导率u接近于1，而铁壳的磁导率远远大于1，所以空腔的磁阻比铁壳壁的磁阻大得多，则磁场中绝大部分将沿着空腔两侧的铁壳壁内“通过”。“进入”空腔内部的磁场是很少的，从而达到静磁屏蔽的目的。
由于金属导体的电导率比空气的电导率大十几个数量级，因此静电屏蔽的效果非常好。而铁磁物质与空气的磁导率的差别只有几个数量级，通常约大几千倍。所以静磁屏蔽是不完全的。壳的厚度和磁导率对屏蔽效果有很明显的影响，壳越厚，导磁率越高，屏蔽效果越好。为了达到更好的磁屏蔽效果，可以采用多层铁壳的方法，把漏进空腔里的残余磁场一次次地屏蔽掉。所以效果良好的磁屏蔽一般都比较笨重。但是，若要制造绝对的“静磁真空”，则可以利用超导体的迈斯纳效应。即将一块超导体放在外磁场中，其体内的磁感应强度B永远为零，超导体是完全抗磁体。具有最理想的静磁屏蔽效果，但目前还不能普遍应用。
3 电磁屏蔽
当电磁场的变化频率很高时（譬如达到百万周或更高），导体上的感应电荷已不能再看作是静止的了，导体也就不再处于静电平衡状态。用静电屏蔽的概念来说明高频电磁场的屏蔽效应是不行的。这时必须从电磁场在导体中的“透入深度”来考虑。如图3表示电磁波射向一导体表面的情形。它进入导体表面后，在导体中产生一个高频的交变电流，这个电流产生的电磁波在导体内部与入射波的位相相反，同时电流的产生还导致场能的消耗。结果使得内部的电磁场基本上呈指数衰减，这就是屏蔽作用的来源。对于良导体。透入的深度与电磁波的频率、电导率及导磁率都有关系。频率越高、电导率越大、导磁率越大，透入深度就越小。对于铝、铜、铁这样的金属，若用来屏蔽1兆赫左右的电磁波。只要一张纸那么厚就基本可以了。由于铁的导磁率高，屏蔽效果尤其好，在电子示波器的示波管外面，总是把一个铁的外壳将管子包裹起来，它既可屏蔽高频电磁场对电子束的干扰，也可屏蔽低频磁场和电场对电子束的干扰。
4 三种屏蔽的区别与联系
在低频情况下，电磁屏蔽就是静磁屏蔽。这时应采用铁磁材料效果很好。而在高频时，由于铁磁材料的磁滞损耗和涡流损失较大，故一般不采用高磁导率的磁屏蔽，而采用高电导率的材料做电磁屏蔽。
电磁屏蔽和静电屏蔽有相同点也有不同点。相同点是都应用高电导率的金属材料来制作；不同点是静电屏蔽只能消除电容耦合，防止静电感应，屏蔽必须接地。而电磁屏蔽是使电磁场只能透入屏蔽体一薄层，借涡流消除电磁场的干扰，这种屏蔽体可以不接地。但因用作电磁屏蔽的导体增加了静电耦合。因此，即使只进行电磁屏蔽，也还是接地为好，这样电磁屏蔽也同时起静电屏蔽作用。
参考文献：
[1]赵凯华，陈熙谋.新概念物理教程·电磁学[M].北京：高教教育出版社，2003.
[2]戚益.三种电磁屏蔽的区别[J].中学物理教学参考，2000，（12）：10.
（栏目编辑 王柏庐）