Das Prinzip der elektrostatischen Abschirmung
Wenn ein Leiter in ein äußeres elektrisches Feld mit einer elektrischen Feldstärke von E gebracht wirdaus, die freien Elektronen im Inneren des Leiters bewegen sich unter dem Einfluss der elektrischen Feldkraft entgegen der Richtung des elektrischen Feldes. Somit verteilt sich die negative Ladung auf einer Seite des Leiters und die positive Ladung auf der anderen Seite; Dies ist das Phänomen der elektrostatischen Induktion. Aufgrund der Umverteilung der Ladungen innerhalb des Leiters bilden diese Ladungen ein weiteres elektrisches Feld in entgegengesetzter Richtung zum äußeren elektrischen Feld mit einer elektrischen Feldstärke. Nach dem Prinzip der Überlagerung elektrischer Felder ist die elektrische Feldstärke im Inneren des Leiters gleich der Überlagerung von Eausund EIn. Wenn die gesamte elektrische Feldstärke im Leiter Null ist, bewegen sich die freien Elektronen im Leiter nicht mehr. In der Physik wird der Zustand, in dem sich in einem Leiter keine Ladung bewegt, als elektrostatisches Gleichgewicht bezeichnet. In einem Leiter im elektrostatischen Gleichgewicht ist die elektrische Feldstärke im Inneren überall Null. Daraus lässt sich schließen, dass bei einem Leiter im elektrostatischen Gleichgewicht die Ladung nur auf der Außenfläche des Leiters verteilt ist. Wenn dieser Leiter hohl ist, gibt es im Inneren auch kein elektrisches Feld, wenn er das elektrostatische Gleichgewicht erreicht. Somit „schützt“ die Außenhülle des Leiters sein Inneres und macht ihn unempfindlich gegenüber dem externen elektrischen Feld; Dieses Phänomen wird als elektrostatische Abschirmung bezeichnet.
Die praktische Bedeutung der elektrostatischen Abschirmung: Die Abschirmung schützt Instrumente oder Arbeitsumgebungen innerhalb eines metallischen Leitergehäuses vor äußeren elektrischen Feldern und verhindert, dass sie durch diese beeinflusst werden. Einige elektronische Geräte oder Messgeräte erfordern eine elektrostatische Abschirmung, um Störungen zu vermeiden. Beispielsweise sind Hochspannungsgeräte in Innenräumen mit einer geerdeten Metallabdeckung oder einem dichten Metallgeflecht abgedeckt, und Elektronenröhren sind in Metallhüllen eingeschlossen. Ebenso haben Leistungstransformatoren, die für die Vollwellen- oder Brückengleichrichtung verwendet werden, ein dünnes Metallblech oder eine Schicht aus emailliertem Draht zwischen der Primär- und Sekundärwicklung gewickelt und geerdet, um eine Abschirmung zu erreichen. Bei Arbeiten an Hochspannungsleitungen tragen Arbeiter Ausgleichsanzüge aus Metalldraht oder leitfähigen Fasern, die einen Abschirmungsschutz bieten. Bei elektrostatischen Experimenten herrscht in Erdnähe ein vertikales elektrisches Feld von etwa 100 V/m. Um die Wirkung dieses Feldes auf Elektronen zu eliminieren und ihre Bewegung allein unter der Schwerkraft zu untersuchen, gilt eE < meg, was zu E < 10⁻¹⁰ V/m führt. Dabei handelt es sich um ein nahezu nicht-elektrostatisches Vakuum, das nur durch elektrostatische Abschirmung des evakuierten Hohlraums erreicht werden kann. Tatsächlich ist die elektrostatische Abschirmung durch einen geschlossenen leitenden Hohlraum sehr effektiv.