Электростатическая защита – защита приборов и оборудования, основанная на том, что напряженность электростатического поля внутри проводника равна нулю.

Рассмотрим следующее свойство электрических полей. Речь идет о поведении электрического поля близ сетки или решетки, составленной из заряженных проволочек. Рассмотрим плоскую систему параллельных проволочек бесконечной длины, промежутки между которыми одинаковы. Поле над плоскостью решетки на расстоянии много большем периода решетки является однородным. Таким, как если бы заряд был распределен на плоскости равномерно. По мере приближения к сетке начнутся отклонения от прежней однородности. На рис.1 показано примерное расположение эквипотенциальных поверхностей на разных расстояниях от сетки. Чем ближе к сетке, тем сильнее колебания. При движении параллельно сетке поле изменяется периодически.

Любая периодическая величина может быть представлена в виде суммы синусных волн (теорема Фурье). Найдем подходящую периодическую функцию, которая удовлетворяет нашим уравнениям поля. Если проволочки лежат в плоскости ху параллельно оси у, то ищем решение в виде

где а – расстояние между нитями, а π – число колебаний.  Полное решение должно состоять из суммы таких членов при n=1, 2, 3... Чтобы получился правильный потенциал, оно должно в области над сеткой (где зарядов нет) подчиняться уравнению Лапласа, т. е.

,

Подставляя выражение для f(x,z), получаем условие на F_n(z):

.

Итак, должно быть

,

.

Мы обнаружили, что если имеется компонента Фурье n-й гармоники поля, то эта компонента должна убывать по экспоненте с высотой, причем характерным расстоянием является (z_о-а)/2πn. Амплитуда у первой гармоники (n=1) уменьшается в e^2π раз каждый раз, когда мы удаляемся от сетки на величину одного промежутка а. Другие гармоники убывают еще быстрее. Мы видим, что уже на расстоянии в несколько а сетка кажется почти однородной, то есть колебания поля очень малы. Конечно, всегда остается «нулевая гармоника» поля

f₀ = – E₀z,

которая и дает однородное поле при больших z.

Таким образом, на расстояниях, больших нескольких периодов решетки, электрическое поле сетки создает такое же поле, как и равномерно заряженая плоскость. Теперь рассмотрим обратную задачу. Пусть имеются внешнее поле и незаряженная металлическая сетка, охватывающая выделенную область пространства. Тогда поле внутри пространства, окруженного сеткой, на расстоянии нескольких периодов решетки будет таким же, как и при использовании цельного проводника вместо сетки. Как известно, поле внутри проводника равно нулю вследствие перераспределения свободных зарядов на границе проводника. Поэтому сетка является эффективной заменой цельного проводника для решения задач экранирования объектов.

 

 

Электростатическая защита не хуже сплошных листов металла. Поле за сеткой равно нулю всюду, за исключением промежутка у самой сетки, не превышающего по размерам нескольких ее ячеек. Медная сетка, которая намного легче и дешевле сплошной медной обшивки, вполне пригодна для защиты чувствительного электрического оборудования от возмущающих внешних полей.

Ряд устройств громоотводов использует в качестве основы не металлический стержень, а именно сетку.

Сетка применяется для устранения помех из-за внешних полей при передаче сигналов по проводам (рис.1).

Сеткой является первое устройство электростатической защиты, изобретенное М. Фарадеем в 1836 г. – клетка Фарадея.

Клетка Фарадея (или «щит Фарадея») – специальное устройство, изобретенное английским физиком и химиком Майклом Фарадеем в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой заземленную клетку из мелкой сетки, выполненной из хорошо проводящего материала.

Для того, чтобы клетка Фарадея эффективно работала, прутья должны быть достаточно тонкими, а размер ячейки сетки значительно меньше длины волны излучения, защиту от которого требуется обеспечить. Принцип действия устройства основан на перераспределении электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля.

Электрический кабель состоит из двух цилиндрических проводников, соосно вставленых один в другой. Чаще всего используется центральный медный проводник, покрытый пластиковым изолирующим материалом, поверх которого идёт второй проводник – медная оплётка или алюминиевая фольга с оплёткой из медных луженых проволок. Современный телевизионный коаксиальный кабель имеет внутренний проводник из омедненной стали, внутренний диэлектрик из вспененного полиэтилена и экранирование фольгой и стальной оплеткой. Некоторые кабели (напр. кабель фирмы COMMSCOPE) имеют два слоя фольги, между которыми находится стальная оплетка. Благодаря совпадению центров обоих проводников потери на излучение практически отсутствуют; одновременно обеспечивается хорошая защита от внешних электромагнитных помех. Поэтому такой кабель обеспечивает передачу данных на большие расстояния и использовался при построении компьютерных сетей (пока не был вытеснен витой парой). Используется в сетях кабельного телевидения и во многих других областях. Основной характеристикой кабеля является волновое сопротивление. В зависимости от этой величины и толщины коаксиальный кабель делится на несколько категорий. Компьютерные сети на основе этого кабеля обычно требуют наличия терминаторов на оконечных точках.