1基本資料

法拉第籠
法拉第籠(Faraday Cage)是一個由金屬或者良導體形成的籠子。是以電磁學的奠基人、英國物理學家邁克爾·法拉第的姓氏命名的一種用於演示等電勢、靜電屏蔽和高壓帶電作業原理的設備。它是由籠體、高壓電源、電壓顯示器和控制部分組成,其籠體與大地連通,高壓電源通過限流電阻將10萬伏直流高壓輸送給放電杆,當放電杆尖端距籠體10厘米時,出現放電火花,根據接地導體靜電平衡的條件,籠體是一個等位體,內部電勢差為零,電場為零,電荷分佈在接近放電杆的外表面上。

2作用原理

表演時先請幾位觀眾進入籠體后關閉籠門,操作員接通電源,用放電杆進行放電演示。這時即使籠內人員將手貼在籠壁上,使放電杆向手指放電,籠內人員不僅不會觸電,而且還可以體驗電子風的清涼感覺。這是因為人體觸電的原因是身體的不同部位存在電位差,強電流通過身體,此時手指雖然接近放電火花,但放電電流是通過 手指前方的金屬網傳入大地,身體並不存在電位差,沒有電流通過,所以沒有觸電的感覺。
高壓帶電作業操作員的防護服就是用金屬絲製成,接觸高壓線時形成等電位,人體不通過電流,起到保護作用。外殼接地的法拉第籠可以有效地隔絕籠體內外的電場和電磁波干擾,這叫做「靜電屏蔽」。許多儀器設備採用接地的金屬外殼可有效地避免殼體內外電場的干擾。由於法拉第籠的電磁屏蔽原理,所以在汽車中的人是不會被雷擊中的,而且在同軸電纜也可以不受干擾的傳播訊號,同樣。也是因為法拉第籠的原理。如果電梯內沒有中繼器的話。那麼當電梯關上的時候,裡面任何電子訊號也收不到。

3靜電屏蔽

導體的外殼對它的內部起到「保護」作用,使它的內部不受外部電場的影響,這種現象稱為靜電屏蔽。
在工程技術中,如果需要屏蔽的區域較大,還可採用金屬屏蔽網,也有良好的屏蔽效果。在電子儀器中,為了免受靜電干擾,常利用接地的儀器金屬外殼作屏蔽裝置。電測量儀器中的某些聯接線的導線絕緣外麵包有一層金屬絲網做為屏蔽。某些用途的電源變壓器中,常在初級繞組與次級繞組之間放置一不閉合的金屬薄片作為屏蔽裝置。

4應用

法拉第籠的演示說明了高壓作業人員帶電工作的原理。高壓帶電操作員的防護服是用金屬絲製成的,當接觸高壓線時,形成了等電位,使得作業人員的身體沒有電流通過,起到了很好的保護作用。如汽車就是一個法拉第籠,由於汽車外殼是個大金屬殼,形成了一個等位體,當駕駛員在雷雨天行駛時,車裡的人不用擔心遭到雷擊。
法拉第籠的演示還說明了外殼接地的法拉第籠可有效地隔絕籠體內外電磁波干擾從而起到靜電屏蔽作用。運用這個原理,科學技術人員將許多精密儀器設備的金屬外殼接地,有效地避免了不必要的電磁干擾以及雷電襲擊。20世紀50年代建築物的避雷網就是採用了法拉第籠體系,將建築物四面用金屬接地,形成一個等位體以防備雷擊。但其靜電屏蔽作用有時也會帶來麻煩,如果電梯內沒有中繼器的話,當電梯關上的時候,手機信號會很不好,這就是電梯的屏蔽作用造成的。
需要說明的是,即使住在法拉第籠子里,也不能完全避免電磁輻射。法拉第籠不能屏蔽靜電和低速變化的磁場,比如地磁,在法拉第籠里,指南針照樣能工作,人類不可能完全避免電磁輻射。

5表演

美國紐約當地時間2012年10月8日上午,魔術師大衛·布萊恩成功完成為期72小時的高壓電擊表演,其利用的就是法拉第籠的原理。 (大衛·布萊恩穿著27磅(12.2千克)重的金屬盔甲挑戰72小時百萬伏特電擊)
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