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Physikdepartment    Abteilung Vorlesung

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Faraday-Käfig

Kurzbeschreibung

Ein Automodell aus Drähten mit abnehmbaren Dach wird an der Influenzmaschine aufgeladen. Der Fahrer hat ein Haarbüschel aus Papierstreifen und außen am Fahrzeug sind ebenfalls einige Papierstreifen angebracht. Bei geschlossenem Dach spreizen sich nur die Papierstreifen am Fahrzeug, die Haare des Fahrers bekommen keine Ladung ab. Baut man jedoch das Fahrzeug zum Cabrio um, indem man das Dach abnimmt, so stellen sich bei erneuter Aufladung auch die Haare des Fahrers auf.

ImInneren eines Leiters, der sich in einem elektrischen Feld befindet ist die Feldstärke wegen der freien Beweglichkeit der Ladungen Null. Alle Ladungen drängen sich an die Oberfläche des Leiters. In einem Hohlraum, der von einer Metallhaut umgeben ist (Faradayscher Käfig, nach Michael Faraday) ist also die Feldstärke Null, ganz gleich wie das Feld im Außenraum auch aussehen mag. Das gilt selbst dann noch, wenn die Metallhaut nicht allzu große Löcher aufweist, also wie unser Modellauto aus Gitterstäben besteht.

Physikalische Erklärung

Wirkt auf einen Faradayschen Käfig ein elektrisches Feld, so findet innerhalb des Käfigs eine Ladungsverschiebung statt. (siehe Erklärung aus Versuch 2055 Ladungsverteilung in einer Hohlkugel). Im Hohlraum ist E = 0 und die Ladungen befinden sich am Außenrand. So bleibt der Innenraum eines Faradayischen Käfigs von äußeren elektrischen Feldern unbeeinflusst, aber auch anders herum, der Raum außerhalb eines faradayischen Käfigs, von elektrischen Feldern im Inneren weitgehend unbeeinflusst.
Die bekanntesten Faradayschen Käfige im Alltag sind vermutlich das Auto (kein Cabrio) und das Flugzeug. Ein weiters Beispiel für einen Faradayschen Käfig ist die Mikrowelle. Bei ihr handelt es sich um einen Faradayschen Käfig bei dem die Strahlung aus dem Inneren nicht nach aussen dringen kann.
Ein Faraday-Käfig schirmt jedoch nur gegen elektromagnetische Wellen ab, wenn seine Wandstärke und/oder Gitterabstände größer als die Eindringtiefe der Wellen ist (Skin-Effekt, Tunneleffekt). So ist man zwar im Auto vor einem Blitzeinschlag geschützt kann aber trotzdem aus dem Inneren telefonieren.

Betriebsanleitungen: Lampen, Elektrogeräte, Bandgenerator, Influenzmaschine

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