法拉第笼原理及其应用.docx

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1、法拉第笼原理及其应用法拉第笼构造及原理法拉第笼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较近时，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，内部电势为零，电场为零，电荷分布在接近放电杆的外表面上。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

2、场的影响，这种现象称为静电屏蔽。如果将导体放在电场强度为E外的外电场中，导体内的自由电子在电场力的作用下，会逆电场方向运动。这样，导体的负电荷分布在一边，正电荷分布在另一边，这就是静电感应现象。由于导体内电荷的重新分布，这些电荷在与外电场相反的方向形成另一电场，电场强度为E内。根据场强叠加原理，导体内的电场强度等于E外和E内的叠加。当导体内部总电场强度为零时，导体内的自由电子不再移动。物理学中将导体中没有电荷移动的状态叫做静电平衡。处于静电平衡状态的导体，内部电场强度处处为零。由此可推知，处于静电

3、平衡状态的导体，电荷只分布在导体的外表面上。而法拉第笼就是根据这个原理制成的。法拉第笼原理的应用高压带电操作员的防护服是用金属丝制成的，当接触高压线时，形成了等电位，使得作业人员的身体没有电流通过，起到了很好的保护作用。要想让一个教室、一个考场在电子通信的角度上“与世隔绝”，是可以做到的，目前各种通信工具都是用电磁波或者说无线电波来传递信号，我们只要像法拉第笼子一样给教室电磁屏蔽就可以达到目标，目前大型考试中，教室里都已经安装了屏蔽系统，防止考生利用电子产品作弊现象的发生。高层建筑很容易被雷击，对

4、人体产生较大危害，而利用法拉第笼的原理制成的笼式避雷网可以有效地较少雷击对人体造成的危害。比如国家体育场“鸟巢”，其主体钢结构中的钢构件以及钢筋混凝土中的钢筋，通过焊接方式进行有效连接，这样“鸟巢”自身就形成了一个巨大的避雷网，而“鸟巢”的钢结构就成为了一个巨大的接收闪电的装置，能把闪电迅速导入地下，从而保障了场内观众的安全。