法拉第笼现已在我们的现代技术世界中无处不在。从保护您的飞行安全到保护国家机密,它们都是简单但非常强大的工具。

什么是法拉第笼?

法拉第笼,有时也称为法拉第屏蔽,是一种外壳,用于屏蔽物体免受电磁场(静态和非静态)的影响。

它们的设计和尺寸范围从简单的链式围栏到精致的精美金属网。

运行中的法拉第笼:笼子保护里面的观众免受电弧的影响。Source: Antoine Taveneaux/Wikimedia Commons

法拉第笼是什么时候发明的?

在1800年代,迈克尔·法拉第 (Michael Faraday ) 一直将他相当的才智投入到电力研究中。他很快意识到,带电的电导体(如金属笼)似乎只在其表面显示出这种电荷。它似乎对导体的内部完全没有影响。

他着手在更大范围内证明这一点,并于1836年设计了一项雄心勃勃的实验。在这个现在已经成为传奇的实验中,迈克尔法拉第在一个房间里铺上了金属箔。然后,他让一个静电发生器的高压放电冲击房间的外部。然后他使用一种称为验电器(一种检测电荷的设备)的特殊设备来最终证明他的假设,正如他所怀疑的那样,房间里完全没有电荷。

英国皇家学会法拉第实验室(1870 年版画)

法拉第笼如何工作?

法拉第笼在其外部分布静电荷。因此,它们充当了它们内部任何事物的盾牌。它们是一种空心导体形式,由此电荷仅保留在笼的外表面上。

本质上,导体有一个自由移动的电子库,允许它们导电。当没有电荷存在时,导体中或多或少具有相同数量的混合正极和负极粒子。如果外部带电物体接近笼子,导体中的正(原子核)和自由负(电子)粒子会突然分离。如果接近的物体带正电,自由移动的电子就会蜂拥而至。这使得笼子材料的其余部分相对缺乏带负电荷的电子,使其带有正电荷。如果接近的物体带负电,则会发生相反的情况,电子会被排斥,但净效应是相同的,只是相反。

这个过程称为静电感应,它会产生一个与外部物体相反的电场。这个过程有效地抵消了整个笼子的外部电场。正是这种现象使笼子的内部与外部电场绝缘。

德国海姆巴赫一家发电厂的法拉第屏蔽。Source:Frank Vincentz/Wikimedia Commons

Source: Interesting Engineering, Inc.

【法拉第】法拉第笼(一)

图文简介

法拉第笼现已在我们的现代技术世界中无处不在。从保护您的飞行安全到保护国家机密,它们都是简单但非常强大的工具。