مبدأ التدريع الكهروستاتيكي

مبدأ التدريع الكهروستاتيكي

إذا تم وضع موصل في مجال كهربائي خارجي شدة المجال الكهربائي E_خارجفإن الإلكترونات الحرة الموجودة داخل الموصل سوف تتحرك عكس اتجاه المجال الكهربائي تحت تأثير قوة المجال الكهربائي. وبالتالي، يتم توزيع الشحنة السالبة على جانب واحد من الموصل، والشحنة الموجبة على الجانب الآخر؛ هذه هي ظاهرة الحث الكهروستاتيكي. وبسبب إعادة توزيع الشحنات داخل الموصل، تشكل هذه الشحنات مجالاً كهربائياً آخر في اتجاه معاكس للمجال الكهربائي الخارجي، بقوة مجال كهربائي. وفقًا لمبدأ تراكب المجالات الكهربائية، فإن شدة المجال الكهربائي داخل الموصل تساوي تراكب E_خارجو إي_في. عندما تكون شدة المجال الكهربائي الإجمالي داخل الموصل صفرًا، تتوقف الإلكترونات الحرة داخل الموصل عن الحركة. في الفيزياء، تسمى الحالة التي لا تتحرك فيها أي شحنة في الموصل بالتوازن الكهروستاتيكي. في موصل في حالة توازن كهروستاتيكي، تكون شدة المجال الكهربائي بداخله صفرًا في كل مكان. لذلك، يمكن استنتاج أنه في الموصل الذي يكون في حالة توازن كهروستاتيكي، تتوزع الشحنة فقط على السطح الخارجي للموصل. إذا كان هذا الموصل مجوفًا، فعندما يصل إلى التوازن الكهروستاتيكي، لن يكون هناك أيضًا مجال كهربائي بداخله. وبالتالي، فإن الغلاف الخارجي للموصل سوف "يحمي" الجزء الداخلي منه، مما يجعله غير متأثر بالمجال الكهربائي الخارجي؛ وتسمى هذه الظاهرة التدريع الكهروستاتيكي.

الأهمية العملية للتدريع الكهروستاتيكي: يحمي التدريع الأجهزة أو بيئات العمل داخل غلاف موصل معدني من المجالات الكهربائية الخارجية، مما يمنعها من التأثر بها. تتطلب بعض الأجهزة الإلكترونية أو معدات القياس حماية إلكتروستاتيكية لتجنب التداخل. على سبيل المثال، تتم تغطية المعدات الداخلية ذات الجهد العالي- بغطاء معدني مؤرض أو شبكة معدنية كثيفة، كما يتم تغليف أنابيب الإلكترون بأغلفة معدنية. وبالمثل، فإن محولات الطاقة المستخدمة لتصحيح الموجة أو الجسر الكامل- تحتوي على لوح معدني رفيع أو طبقة من الأسلاك المطلية بالمينا ملفوفة بين اللفات الأولية والثانوية ومؤرضة لتحقيق التدريع. في أعمال خط -الجهد المباشر- العالي، يرتدي العمال بدلات موازنة مصنوعة من أسلاك معدنية أو ألياف موصلة، والتي توفر الحماية التدريعية. في التجارب الكهروستاتيكية، يوجد مجال كهربائي عمودي يبلغ حوالي 100 فولت/م بالقرب من الأرض. للتخلص من تأثير هذا المجال على الإلكترونات ودراسة حركتها تحت الجاذبية وحدها، eE < meg، والتي تحسب إلى E < 10⁻¹⁰ V/m. وهذا ليس تقريبًا-فراغًا كهروستاتيكيًا، ولا يمكن تحقيقه إلا من خلال الحماية الكهروستاتيكية للتجويف المفرغ. في الواقع، يعتبر التدريع الكهروستاتيكي الذي يتم تحقيقه من خلال تجويف موصل مغلق فعالاً للغاية.