高中物理静电场电场中的导体法拉第笼与静电屏蔽素材鲁科选修.pdfVIP

法拉第笼与静电屏蔽

法拉第笼（FaradayCage）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

部电势为零，电场为零，电荷分布在接近放电杆的外表面上。光速300000000m/s。

作用原理

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。

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

[1]，而且在同轴电缆也可以不受干扰的传播讯号，同样。也是因为法拉第笼的原理。如

果电梯内没有中继器的话。那么当电梯关上的时候，里面任何电子讯号也收不到。

静电屏蔽

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。

在工程技术中，如果需要屏蔽的区域较大，还可采用金属屏蔽网,也有良好的屏蔽效

果。在电子仪器中，为了免受静电干扰，常利用接地的仪器金属外壳作屏蔽装置。电测

1

量仪器中的某些联接线的导线绝缘外面包有一层金属丝网做为屏蔽。某些用途的电源变

压器中，常在初级绕组与次级绕组之间放置一不闭合的金属薄片作为屏蔽装置。

静电屏蔽

静电屏蔽原理

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。

原理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。如果这个导体是中

空的，当它达到静电平衡时，内部也将没有电场。这样，导体的外壳就会对它的内部起

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。

历史小故事法拉第曾经冒着被电击的危险，做了一个闻名于世的实验——法拉第笼实

验。法拉第把自己关在金属笼内，当笼外发生强大的静电放电时，他并未受到任何影响，