静電遮蔽に関して

質問

静電遮蔽って何であのようになるのですか？

回答No.3

shkwta · ベストアンサー

No.1の補足への回答です。

ご質問の静電遮蔽は、No.1に説明したものと一致しています。そうすると、なぜ静電遮蔽が起こるかということになると、電磁気学で説明するしかありません。もうすこし勉強が進んでから、もう一度考えてみるのがいいかもしれません。

No.1とは少し異なる説明をしてみます。
静電場では、空間の各点に電位という量を定義することができます。電圧はご存じだと思いますが、電圧とは電気回路の２点間の電位差です。電位の下り勾配は電場に一致します。

電荷がある場合は、正電荷のあるところが電位の正のピークになります。また、負電荷のあるところが電位の負のピーク（つまり窪み）になります（より詳しくいうと、電位の空間変化が上に凸なら正電荷、下に凸なら負電荷です）。

電場が０のときは、勾配が０、つまり電位はいたるところ一定値となります。

さて、導体でできた密閉容器を考えます。静磁場の場合、導体内はどこでも電位が一定値になることはNo.1で説明しました。ここで容器内の空間に、導体より電位の高いピークがあるとすると、そこには正電荷があることになります。また、導体より電位の低い窪みがあれば、そこには負電荷があることになります。したがって、容器内の空間に電荷が無いときは、容器内はどこでも導体と同じ電位だということになります。電位がいたるところ一定値であるということは、電場が０ということです。

回答No.2

KENZOU

shkwtaさんが物理的に厳密にお答えされていますので、以下は補足の蛇足です。
導電体（金属）は内部を電荷が自由に動き回ることができますね（←だから導電体という）。そのような導電体が電場の中におかれると当然内部で電場が発生しますが、その瞬間、導電体内の電場を打ち消すように導電体内の電荷が移動します。その結果、導電体内には電場が存在しなくなります。これが静電遮蔽の原理です。電場はポテンシャルを持つのでポテンシャルエネルギーを消すような動きをするわけですね（←そのほうがエネルギー的に安定ですから）。

回答No.1

shkwta

導体でできた密閉容器があり、内部の電荷はいたるところ0で、かつ磁場が0（または定常磁場）だとします。

容器は導体でできているので、導体内の電位差は0です。なぜなら、もし電位差があれば、オームの法則により、導体内に勝手に電流が流れていることになるからです。

したがって、容器内の電気力線で、「容器の内壁の１点から出発して、別の１点に向かう」というものはありません。

つぎに、磁場は無いか、または定常なので、マクスウェル方程式より rot E = 0 です。つまり、容器内で電気力線が輪になってつながっていることはありません。

すると、容器内の電気力線は、「両端が容器の内部にある」か、「一端が内壁にあり、もう一端が内部にある」のどちらかです。しかし、どちらもあり得ません。なぜなら、内部の電荷はいたるところ0だから、div E = 0 であるからです。

以上より、最初の条件「内部の電荷はいたるところ0で、かつ磁場が0（または定常磁場）」の場合は、容器内の電場は0であるということになります。つまり、容器外に静電場があっても、容器内の電場は0になるわけです。ということで、導体でできた密閉容器は静電場を遮蔽します。

静電遮蔽には別の意味もあるようなので、ご質問の意図を補足してください。

補足

すいません。最近物理学を始めたばかりなので、専門的なことは全く分かりません。
正負電荷、電場、自由電子、陽イオン、
そういうレベルです。
静電遮蔽は、導体で囲うと、囲われた空間内に外部の電場の影響は及ばないそうです。