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法拉第笼编辑词条

法拉第笼是一个由金属或者良导体形成的笼子。由于金属的静电等势性,可以有效的屏蔽外电场的干扰。它是由笼体,高压电源,显示器和控制器四部份组成。是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。

1法拉第笼的概述   从物理学上讲法拉第笼原是指一个密封的金属腔体,它最早是由英国物理学家法拉第(Michael Farady)根据静电平衡原理利用金属空腔隔离静电场影响所采用的一种结构,该结构后来被人们称作法拉第圆筒。由物理学可知,当有空腔的导体放入电场中时,导体中的电子要在外电场作用下发生移动,最后达到静电平衡,电子不再定向移动,此时电场分布不随时间变化,金属空腔的内表面上处处没有电荷,电荷只能分布在腔体的外表面。由电场唯一性定理,腔内没有电场,电位处处相等,整个腔体是个等位体。这样空腔导体隔离了外电场的作用,使外电场不能透入空腔内部。因此,金属腔体保护了它所围的区域,实现了静电屏蔽。在实际应用中,腔体不需要完全密封,如果腔体上有小孔或腔体由金属网格(类似法拉第笼)构成,除了直接靠近小孔或网格附近,网格内其他地方的电场是非常弱的。2法拉第笼的原理

  法拉第笼是由笼体、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,内部电位为零,电场为零,电荷分布在接近放电杆的外表面上。

  表演时先请几位观众进入笼体后关闭笼门,操作员接通电源,用放电杆进行放电演示。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。

3法拉第笼的作用   高压带电作业操作员的防护服就是用金属丝制成,接触高压线时形成等电位,人体不通过电流,起到保护作用。外壳接地的法拉第笼可以有效地隔绝笼体内外的电场和电磁波干扰,这叫做“静电屏蔽”。许多仪器设备采用接地的金属外壳可有效地避免壳体内外电场的干扰。
 
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