Sunday, May 26, 2019

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。

法拉第籠的演示設備由籠體、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,內部電勢為零,電場為零,電荷分布在接近放電杆的外表面上。

法拉第籠作用原理:表演時先請幾位觀眾進入籠體後關閉籠門,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。

由於金屬的靜電等勢性,可以有效的屏蔽外電場的干擾。法拉第籠無論被加上多高的電壓內部也不存在電場。而且由於金屬的導電性,即使籠子通過很大的電流,內部的物體通過的電流也微乎其微。在面對電磁波時,可以有效的阻止電磁波的進入。

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。

在靜電平衡狀態下,不論是空心導體還是實心導體;不論導體本身帶電多少,或者導體是否處於外電場中,必定為等勢體,其內部場強為零,這是靜電屏蔽的理論基礎。

由於法拉第籠的靜電屏蔽原理,在汽車中的人是不會被雷擊中的。同樣,也是因為法拉第籠的原理,有金屬外皮的同軸電纜也可以不受干擾地傳播訊號。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。

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。換句話說,人類不可能完全避免電磁輻射。

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