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。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。