在乌云密布，电闪雷鸣，风雨交加的雨天，你会感到很恐怖，楼房、树木和人畜经常会遭遇危险，雷击是屡见不鲜的事，为了避免雷击，人们在建筑物上安装了避雷针，避雷针可以有效防止雷击事件的发生，你知道这是为什么吗？

一、静电感应

金属导体中存在着大量的可以自由移动的电子，在正常状态下，它的原子核内正电荷和原子核外的负电荷（自由电子）数目相等，导体对外不显电性。若把导体放入电场中，导体中的自由电子就会在电场力的作用下发生定向移动使导体两端出现等量异种电荷。

如图5-21所示，当把导体A放在带电体B的附近时，导体A中的自由电子在带电体B的电场作用下做定向运动，使A上原来均匀分布的正、负电荷发生分离，靠近B的一端带负电，远离B的一端因失去电子而带等量的正电，像这样在外电场的作用下，导体上的电荷出现重新分布的现象叫做静电感应。被分离出的电荷叫做感应电荷。

图5-21 静电感应

二、静电平衡与静电平衡条件

静电场中导体上自由电荷受电场力的作用而做定向移动会不会一直进行下去？

把一个金属导体放在场强为E0的电场中，由于静电感应，在导体的两端出现的等量异种电荷将在导体内部产生一个附加电场E′，其方向和外电场E0的方向相反，如图5-22所示，随着感应电荷的不断增多，E′也不断增强，直到E′=E0时，导体内部的总场强E=E0-E′=0。此时，导体内的自由电荷不再发生定向移动。

图5-22 静电平衡

导体上的自由电荷不发生定向移动的状态，就叫做静电平衡状态。导体处于静电平衡时，导体表面处的场强与导体表面垂直，否则场强在导体表面的分量会使电子沿表面定向移动，因此导体处于静电平衡的条件是：

（1）导体内部任意一点的场强为零；

（2）导体表面各点的场强方向和导体表面垂直。

根据静电平衡条件和电场力做功与电势差的关系可知：导体处于静电平衡时，整个导体是一个等势体，导体表面是一个等势面。

处于静电平衡状态的带电导体，所带电荷（净电荷）只分布在导体的外表面上，这是因为，若导体内部有净电荷，电荷周围有电场，那么导体内部电场强度将不为零，电荷将发生定向移动。导体就不能处于静电平衡了。

理论和实验还证明：电荷在导体表面上的分布与表面曲率有关，导体表面平滑的地方，电荷分布比较稀疏，电场较弱；导体表面突出和尖锐的地方，电荷分布比较密集，电场较强。如果导体有尖端，尖端处电荷特别密集，电场特别强，可以导致周围的空气电离，在强电场的作用下，负离子飞向电极，与电极上的正电荷中和，正离子背向电极飞开，这种现象叫做尖端放电。如图5-23所示。

图5-23 尖端放电形成电风

三、静电屏蔽(www.daowen.com)

人们总感觉到在高层建筑里半导体收音机和移动电话等无线接收设备的收听效果较差。这是什么原因呢？

下面我们来观察一个实验来说明缘由。

把验电器A放在带电体B的附近时，验电器因为静电感应使金属箔带电，金属箔张开，如图5-24（a）所示。若随后用金属网罩将验电器A罩住，将会看到验电器金属箔会恢复成原来下垂闭合的状态，如图5-24（b）所示，即验电器不发生静电感应。这说明金属网罩内部空间的电场强度为零。金属网罩保护了验电器A不受B的电场的作用，这种现象叫做静电屏蔽。

图5-24 静电屏蔽

在电子技术中，为了防止空间杂散电场对电子设备、器件的影响，可以用金属外壳把它们罩起来；为了使电路中传输的信号不受外界电场的干扰，常常使用屏蔽线（图5-25）来传输信号。使用时需要将外层的铜丝编织网接地，这样就可以将其内部信号传输线屏蔽起来，有效防止外界杂散电场对内部信号的干扰。高层建筑的混凝土墙体和混凝土楼板里有钢筋网，这个看似不太密的钢筋网疏而不漏，几乎把房间屏蔽起来。所以在高层建筑里，半导体收音机的收听效果较差。想一想，如果半导体收音机采用金属外壳效果如何？

图5-25 屏蔽线

【实践活动】

观察建筑物上的避雷系统（避雷针、避雷带、避雷网），了解避雷系统防止建筑物遭雷击的原理；收集资料，了解通信电缆、电子仪器等设备静电屏蔽的方法。

阅读材料

雷击与避雷针

雷电是什么？雷电是云层与云层、云层与大地间的剧烈放电现象。在电闪雷鸣、风雨交加的日子里，云层中带有大量的净电荷，它在地面上会感应出等量的异种电荷，这样，云层和地面间就建立起了很强的电场。当云层中的净电荷集结到一定程度时，电场就会把空气击穿（电离），从而，带电云层和地面上的物体间就会放电，产生强大的放电电流，并伴有光和声音产生，这就是打雷闪电。当放电电流通过高楼、树木和人体时，就会摧毁高楼、劈断树木、夺取人的生命，这就是雷击现象。

为了避免雷击现象的发生，在高大建筑物上装有避雷针。避雷针的构造很简单，用很粗的导线把一个伸向高空、上端很尖的金属杆与大地相连就构成了一个避雷针。

当建筑物的上空出现带电云层时，避雷针的上端就会聚集大量的感应电荷，由于避雷针的上端很尖，所以此处的感应电荷密度远远大于其它地方的感应电荷密度，因此，避雷针上端周围空间的电场非常强。强电场很容易将避雷针和云层间的空气击穿而成为导体。这样，云层和避雷针就构成了导电通路，带电云层中的电荷就沿着避雷针流入大地。从而，避免了雷击事件的发生，保证了建筑物的安全。

习题5-5

1.静电感应指的什么？举一个例子说明静电感应的应用。

2.什么叫静电屏蔽？举一个例子说明静电屏蔽的应用。