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科学普及

程显博士小科普---郑州科技馆的法拉第笼是什么原理

2019年03月21日 22:37  点击:[]

郑州科技馆的法拉第笼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。这是什么原理呢?

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。

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。由于法拉第笼的电磁屏蔽原理,所以在汽车中的人是不会被雷击中的,而且在同轴电缆也可以不受干扰的传播讯号。





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