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2023年法拉第笼实验报告

2023年法拉第笼实验报告1

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

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。

2023年法拉第笼实验报告2

大型法拉第笼

【实验目的】了解接地金属壳静电感应是的电荷分布及电位特点；认识经典

屏蔽的原理

【操作方法】

参与实验者进入法拉第笼，关好笼门；

打开高压电源，将高压探棒靠近法拉第笼；

调节电位器，逐渐调高电压到探棒与笼身发生放电，打出电弧，观察此时的

电压；

实验者在笼内将手放在打出电弧的位置，不会有触电的感觉；

调低电压后关闭电源，用探棒对法拉第笼充分放电；

打开笼门，实验者走出法拉第笼。

【注意事项】

实验进行期间，实验者不可打开笼门，观众不可擅自靠近法拉第笼和高压探

棒；

务必在关闭电源后，用探棒对法拉第笼充分放电，实验者方可打开法拉第笼

门。

【实验原理】

笼体与大地相连，高压电源通过限流电阻将上万伏直流电压输送给探棒，当

高压棒尖端靠近笼体时，法拉第笼发生静电感应。根据导体静电平衡条件，感应

电荷分布在笼的外表面，靠近电压棒处电荷密度大，周围电场强，笼的外表面与

高压棒之间放电。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。法拉第笼无论被加上多高

的电压内部也不存在电场。而且由于金属的导电性，即使笼子通过很大的电流，

内部的物体通过的电流也微乎其微。在面对电磁波时，可以有效的阻止电磁波的

进入。

法拉第笼是一个理想环境，是建立在空间的一个大屏蔽网络。将其接地后，

第一，它可以屏蔽雷电产生的电磁脉冲，防止里面的弱电设备和人员遭受损伤；

第二，它可以把强大的感应电荷泄入大地。

【原理应用】

高压作业人员带电工作时，可通过穿着用金属丝制成的防护服。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。

汽车就是一个法拉第笼，由于汽车外壳是个大金属壳，形成了一个等位体，

当驾驶员在雷雨天行驶时，车里的人不用担心遭到雷击。

将精密仪器设备的金属外壳接地，有效地避免了不必要的电磁干扰