法拉第笼（由金属或者良导体形成的笼子）

法拉第笼

由金属或者良导体形成的笼子

法拉第笼（Faraday Cage）是一个由金属或者良导体形成的笼子，是以电磁学的奠基人、英国物理学家迈克尔·法拉第的姓氏命名的一种用于演示等电势、静电屏蔽和高压带电作业原理的设备。

它是由笼体、高压电源、电压显示器和控制部分组成，其笼体与大地连通，高压电源通过限流电阻将10万伏直流高压输送给放电杆，当放电杆尖端距笼体10厘米时，出现放电火花，根据接地导体静电平衡的条件，笼体是一个等位体，内部电势差为零，电场为零，电荷分布在接近放电杆的外表面上。

简介

法拉第笼（Faraday cage）是防止电磁场（EM field）进入或逃脱的金属外壳。一个理想的法拉第笼由一个未破损的、完美的导电层组成。在实际中这种理想状态是不能达到的，但是能够通过使用细网的铜筛来达到。为了达到最佳性能，法拉第笼应直接接地。

法拉第笼（Faraday cage）在必须阻止漂移的电磁场进入的电子实验室里应用。这在敏感的无线接收设备的测试中非常重要。另外，法拉第笼可以防止由电脑显示器阴极射线管（CRT）发出的电磁场的逃脱。这些场能够被中途截取并破译，这样黑客在不需要信号线、电缆和摄像设备的情况下就可以远程实时地看到屏幕上的数据。这种行为被称为屏幕辐射窃密（van Eck phreaking），它也能被政府官员用于查看罪犯和某些犯罪嫌疑人的计算机使用活动。

基本介绍

法拉第笼表演会先请几位观众进入笼体后关闭笼门，操作员接通电源，用带有几十或上百千伏电压的放电杆对法拉第笼进行放电演示。这时即使笼内人员将手贴在笼壁上，使放电杆向手指放电，笼内人员不仅不会触电，而且还可以体验电子风的清凉感觉。

这是因为人体触电的原因是身体的不同部位存在电位差，强电流通过身体，此时手指虽然接近放电火花，但放电电流是通过手指前方的金属网传入大地，身体并不存在电位差，没有电流通过，所以没有触电的感觉。

法拉第笼（Faraday Cage）是一个由金属或者良导体形成的笼子，是以电磁学的奠基人、英国物理学家迈克尔·法拉第的姓氏命名的一种用于演示等电势、静电屏蔽和高压带电作业原理的设备。它是由笼体、高压电源、电压显示器和控制部分组成，其笼体与大地连通，高压电源通过限流电阻将直流高压输送给放电杆，当放电杆尖端距笼体10厘米时，出现放电火花，根据接地导体静电平衡的条件，笼体是一个等位体，内部电势差为零，电场为零，电荷分布在接近放电杆的外表面上。

静电屏蔽

导体的外壳对它的内部起到“保护”作用，使它的内部不受外部电场的影响，这种现象称为静电屏蔽。

在工程技术中，如果需要屏蔽的区域较大，还可采用金属屏蔽网,也有良好的屏蔽效果。在电子仪器中，为了免受静电干扰，常利用接地的仪器金属外壳作屏蔽装置。电测量仪器中的某些联接线的导线绝缘外面包有一层金属丝网做为屏蔽。某些用途的电源变压器中，常在初级绕组与次级绕组之间放置一不闭合的金属薄片作为屏蔽装置。

应用领域

静电屏蔽的应用非常广泛。带电作业人员全身穿戴金属网制成的等电位服，就可保证作业的安全；在一些精密仪器外面加一个金属罩，就能使之不受外界电场干扰；人们生活中使用的有线电视信号线、通信电缆外面都包有一层铅皮或金属线，也是用来防止外界电场干扰的。

法拉第笼的演示还说明了外壳接地的法拉第笼可有效地隔绝笼体内外电磁波干扰从而起到静电屏蔽作用。运用这个原理，科学技术人员将许多精密仪器设备的金属外壳接地，有效地避免了不必要的电磁干扰以及雷电袭击。

20世纪50年代建筑物的避雷网就是采用了法拉第笼体系，将建筑物四面用金属接地，形成一个等位体以防备雷击。但其静电屏蔽作用有时也会带来麻烦，如果电梯内没有中继器的话，当电梯关上的时候，手机信号会很不好，这就是电梯的屏蔽作用造成的。

需要说明的是，即使住在法拉第笼子里，也不能完全避免电磁辐射。法拉第笼不能屏蔽静电和低速变化的磁场，比如地磁，在法拉第笼里，指南针照样能工作，人类不可能完全避免电磁辐射。

表演

美国纽约当地时间2012年10月8日上午，魔术师大卫·布莱恩成功完成为期72小时的高压电击表演，其利用的就是法拉第笼的原理。 （大卫·布莱恩穿着27磅(12.2千克)重的金属盔甲挑战72小时百万伏特电击）

防雷作用

雷电电池过电压防护

雷电电磁过电压防护， 由上节可知，法拉第笼的基本作用之一就是屏蔽作用，既能屏蔽磁场，也能屏蔽电磁场。对于雷电流，由于电流很大，在法拉第笼的屏蔽层感应很大的雷电流，这时法拉第笼还可起分流和均流的作用，并利用其屏蔽金属的对称性，削弱电磁脉冲的干扰。因此，作为防雷设备，法拉第笼可用于雷电电磁脉冲过电压的防护。

代替避雷针作直击雷防护

用法拉第笼做避雷针防直击雷的可能性问题，已为我国电力行业长期运行实践证明是行之有效的。早在1956年，我国电力行业标准《3～220 kV系统电气设备过电压保护导则》就规定：金属结构屋顶的直击雷保护，将金属屋顶接地即可，无须再安装避雷针(屋顶上有其他设备时的避雷针保护除外)。现在高层建筑物的金属屋顶防直击雷的应用，就是电力行业应用的推广技术。

法拉第笼防雷作用的局限性

法拉第笼的防雷作用是很大的。但是，雷电流进入接地装置所引起的地电位升高的反击过电压(IR)对设备和人身的危害，法拉第笼就无法进行防护。从这个意义上说，法拉第笼的防雷作用对高压输电线路的防雷几乎毫无作用。这是因为高压输电线路防雷技术的基本原理是建立在雷电流进入接地装置时所引起的地电位升高的反击过电压的防护基础之上的。

参考资料

1.程显博士小科普---郑州科技馆的法拉第笼是什么原理·郑州大学官网

2.法拉第笼·河北省科学技术馆