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電磁気学を勉強中の身です。
突起のある導体に、突起部が中心となるようにドーナツ型のシールドリングを設置した場合、
突起部の電界強度が緩和される理由がわからないでいます。
その理由をご教授頂けないでしょうか。

gooドクター

A 回答 (4件)

突起部からは周囲の空気中に向かって電気力線が出来ます。


対抗する電極などなくても同じ事です。
高圧ぐらいの電圧では感じませんが特別高圧、超高圧では顕著になります。
リングと突起導体は同電位になるよう電気的に接続されています。
リングだけだと仮定しますと、その半径にもよりますがリング平面上は等電位ですから、
突起面積よりはるかに大きな面積の電極となります。
リングの外周形状も滑らかにしますからはるかに条件は良くなります。
その中に突起のある同電位の導体があれば、リングと一体化されます。

以上です。
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厳密に図示するのはなかなか難しいですね。


電場が出来るのは、その突起のある導体と、それ以外に別の電極があって、その間に電位差があるときです。避雷針などでは上空の雲の中に電気がたまっている、つまり仮想的な電極があると想像すればいいわけです。
その時、電気力線はとがった先端に集中します。それはいいですね?つまり先端部分で電場が強くなるというわけです。だから、この部分の面積を大きくしてやれば、その集中が緩和される、という狙いです。そのそばに同じ電位の副電極をつけてやっても同じことです。これが問題のシールドです。特にリングである必要はないのですが、便宜的な理由でしょう。
等電位面がどうできるかを正確に図示するのは、相手の電極がどこにあるかを指定しないとできませんが、電極のサイズを大きくすれば、そのあたりに出来るわけですから、目的が達せられるのは想像できましょう。
でも、とがった先端を無くしてしまうと、避雷針ではもともと雷をそこへ落させるという肝心の目的が怪しくなりますから、先端はそのままにしておいて別にリングをつけるという、工夫がされているのです。
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図も説明も下手ですが参考に。


導体の先端には電気力線が集中します。
鋭角は究極で、避雷針の突針が代表選手?みたいなものです。
リングを付けると導体の先端は見かけ上半径が大きくなります。
更にその内部は同一電位ですので、電界密度も緩和されます。
大まかにいうとこんな感じかと。
「電界緩和用シールドリングについて」の回答画像2
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
リングありの場合、どのような理由で等電位面となるのでしょうか。

お礼日時:2018/01/09 12:53

電界(電場)でも磁界(磁場)でも、導体(磁界の場合は磁性体)の尖ったところに集中してきます。

その周りを取り囲むようにシールドリングを設けると、尖ったところに向かっていた電界の一部はシールドリングのほうにも引き寄せられるようになるので、電界集中は緩和され、電界強度も緩和されます。
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