屏蔽效應

屏蔽效應 (Shielding effect)
臺中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

屏蔽效應(Shielding effect)是指導體內部若有空穴，則在空穴中感覺不到存在於導體外部的靜電場，要了解屏蔽效應的原因，首先必須討論導體在靜電場中的行為。

所謂的導體，對於靜電場而言，是指內部存在非常多自由電荷的物體，例如銀和銅，皆屬於良導體，當然，對於時變的電場而言(如電磁波)，因為電場會隨時間的頻率改變，而頻率的不同會影響電磁波在物體中行進的方式與速度，因此對於同一種物質而言，會因為頻率的不同而有不同的行為，且若電場改變的速度大於電荷屏蔽電場的速度(其機制會在下面討論)，則也不會有屏蔽效應，因此，時變的電場不在討論範圍，以下討論都為靜電場。

現將導體放入電場中(如Fig.1 紅線代表外加電場之電力線)，導體內部的自由電荷會隨著外加場的電力線移動(正電荷往電力線之方向，負電荷則往反方向)，因而產生了二次電場(如 Fig.2 藍線代表自由電荷受到外加電場影響，而改變其分部，進而所造成之二次電場)，因為靜電場滿足重疊原理，一次電場與二次電場會互相抵銷，造成導體內部無電場，但因為電荷的移動需要時間，因此才要求在靜電場下討論，不過若電場改變的時間較慢，使得自由電荷的移動仍可抵消電場的話，此討論仍然適用。

根據以上分析，可知道金屬內部並無電場存在，故內部為等電位，根據高斯定律可以證明，導體中的不平衡電荷只分佈在導體表面，若於導體內部挖一個空穴，導體 內部仍是等電位，並不會因此影響電荷分佈，故在空穴之中依然沒有電場的存在，這種感受不到外界電場影響的現象，就靜電場而言，稱為靜電屏蔽效應，值得注意 的是，屏蔽效應只能抵擋外部電場，若內部原本就有電荷分佈，空穴內仍是有電場的。

儘管電磁波沒有此種屏蔽效應，但受到自由電荷移動的影響，仍然會使遇到導體的電磁波衰減，最常見的例子，就是電梯，不過對於電梯內，手機收不到訊號的 情形，此種原因只是其中之一，事實上，電磁波的衰減仍與其頻率和導體的材料參數(如電導率和導磁率)有關，當然，若導體越厚，電磁波衰減的情形會越嚴重。

在應用上，電磁屏蔽效應常被拿來調整電磁波強度的適用範圍，根據需求不同，在材料上鍍上適合的金屬和厚度，即可使接收到的電磁波有效衰減至自己需要的強度了。

參考資料
http://en.wikipedia.org/wiki/Shielding_effect