07-11-2008 1

Faraday-Käfig

Vorbereitet von : Simona Mircheva

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Когато е необходимо да се защити уред, машина или просто помещение от външни електростатични полета, се оказва достатъчно обектът да се огради с метална обвивка или с достатъчно гъста метална мрежа, известна като фарадеев кафез.

Този начин на защита се нарича електростатично екраниране. Например металният корпус на леките автомобили може да се разглежда като "фарадеев кафез". От триенето на гумите по шосето върху корпуса се натрупват заряди, които "изтичат" в земята чрез влачещата се лента с надпис "антистатик".

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Опит на ФарадейФарадей доказва експериментално трето свойство:

некомпенсираните заряди се рапределят само по повърхността на проводниците. В куха не заредена метална сфера Фарадей внася метално топче с отрицателен заряд. Когато зареденото топче е вътре в сферата, върху нейните вътрешна и външна

повърхност се индуцират заряди с противоположен знак и стрелката на свързания със сферата електроскоп се отклонява.

Положението на стрелката не се изменя, когато топчето се допре до сферата. Тя остава неподвижна и след извеждането

на топчето.Опитно се проверява, че топчето и вътрешната повърхност на сферата не са заредени. Оттук следва изводът,

че при допира отрицетелния заряд на топчето изцяло неутрализира индуцираните върху вътрешната повърхност на

сферата положителни заряди. Заредена остава само външната повърхност на сферата с отрицателен заряд, който е равен на първо началния заряд на топчето. Следователно целият заряд,

който сферата получава от топчето, се разпределя само по нейната външна повърхност.

04/12/23 Confidential 5

Фарадеев кафез.

1) Ziel:

Feldfreier Raum im Inneren eines metallischen Käfigs.

2) Aufbau:

Ein großer Faraday-Käfig ist so aufgehängt, dass er elektrisch geladen werden kann. An dem Käfig sind Papierbänder angebracht, die (analog zum Goldblatt-Elektrometer) die darauf befindliche Ladung durch Abspreizen zeigen. Der Käfig kann über einen

Metallstab gesenkt werden, der ebenfalls elektrisch geladen ist und mit Papierbändern versehen.

3) Durchführung:

Der Käfig und er Metallstab werden durch die Spannungsquelle auf 70 kV geladen, die Papierbänder spreizen sich ab, da die elektrischen Ladungen auf ihnen sich

abstoßen. Senkt man nun den Käfig ab, so fallen die Bändern am Stab in dem Moment schlaff nach unten, in dem der untere Rand des Käfigs auf ihrer Höhe ist.

4) Auswertung:

Das elektrische Feld wirkt zwischen dem Metallkäfig, bzw. dem Stab, und dem Unendlichen. Aus diesem Grund sind die Papierfäden radial nach außen gerichtet, den Feldlinien nach. Der Faraday-Käfig schirmt das elektrische Feld ab; im inneren

des Käfigs wirkt kein Feld, es ist ein feldfreier Raum. Folglich wirkt auch kein elektrisches Feld auf die Papierstreifen an dem Metallstab. Der Innenraum eines

Faraday-Käfigs schützt vor äußeren Störfeldern.

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Структура на мълниеотвод

Фарадеев кафез

Faraday-KäfigModell eines Faraday-Käfigs zur Demonstration eines künstlich erzeugten Blitzeinschlags (München, Deutsches Museum)

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Im Inneren eines Leiters, der sich in einem elektrischen Feld befindet,  ist die Feldstärke wegen der freien Beweglichkeit der Ladungen Null. Alle Ladungen drängen sich an die Oberfläche des Leiters. In einem Hohlraum, der von einer Metallhaut umgeben ist (Faradayscher Käfig, nach Michael Faraday) ist also die Feldstärke Null, ganz gleich wie das Feld im Außenraum auch aussehen mag. Das gilt selbst dann noch, wenn die Metallhaut nicht allzu große Löcher aufweist, also wie unser Modellauto aus Gitterstäben besteht.

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Faraday-Käfig: Das Innere eines Faraday-Käfigs ist feldfrei (gekennzeichnet durch die elektrische Feldstärke E).

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Ein Faraday-Käfig ist ein Schirm, der aus einem feinen Metallgitter angefertigt wird. Er dient der Abschirmung des Innenraums von äußeren elektrischen Feldern. Die Stärke des elektrischen Feldes innerhalb des Faraday-Käfigs beträgt Null. So ein Faraday-Käfig kann auch ein Mehlsieb sein, das mit Alufolie bedeckt wurde.

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Ein Faraday Käfig ist eine geschlossene "Hülle" um einen Raum. Innerhalb dieses Raumes befinden sich keine Quellen von Elektromagnetischer Strahlung. Der Faraday Käfig besteht aus leitendem oder stark Dämpfenden Material.Trifft nun Strahlung auf den Käfig, wird diese reflektiert oder absorbiert und dann über die Erdung abgeleitet. Der Effekt ist: Innerhalb des Käfigs kann niemals Strahlung eindringen. Bei der Anwendung des Faraday Prinzips gibt es einen Entscheidenden Vorteil: Es entsteht in jedem Fall ein Strahlungsarmer Raum, zum Beispiel beim Baldachin für das Bett. Bei allen anderen Abschirmmassnahmen ist es unerlaesslich die Ursachen und Richtungen festzulegen, aus denen die Strahlung kommt.