Что такое клетка Фарадея

Что такое клетка Фарадея — это замкнутая или сетчатая оболочка из проводящего материала, которая экранирует пространство внутри себя от внешнего электрического поля. При попадании во внешнее поле свободные электроны проводника смещаются к поверхности и создают собственное поле, полностью компенсирующее внешнее внутри оболочки, поэтому напряжённость поля внутри клетки равна нулю.

$E_{in} = 0$

Разбор по случаям

Примеры

Автомобиль во время грозы. Молния бьёт в металлический кузов автомобиля. Заряд молнии стекает по обшивке кузова и через шины или искровой промежуток уходит в землю, не проникая в салон. Свободные электроны кузова мгновенно перераспределяются так, что поле внутри салона остаётся нулевым. Поэтому пассажиры внутри автомобиля во время грозы находятся в относительной безопасности — кузов работает как экранирующая оболочка.

Микроволновая печь. Дверца микроволновки закрыта металлической сеткой с мелкими отверстиями. Отверстия много меньше длины волны излучения магнетрона, поэтому волны не проходят через сетку наружу, а сетка вместе с корпусом печи образует замкнутую проводящую оболочку. Излучение остаётся внутри камеры и не выходит наружу, что защищает человека, стоящего рядом с работающей печью.

Частые ошибки

• Считают, что клетка Фарадея защищает от любых внешних воздействий, включая магнитное поле постоянного магнита, хотя экранирует она именно электрическое поле.
• Думают, что оболочка обязана быть сплошной, и не признают сетчатую конструкцию с достаточно мелкими ячейками полноценной клеткой Фарадея.
• Забывают, что защита работает только для внешнего поля: заряд или прибор внутри самой клетки создаёт своё поле независимо от экранирования.

Коротко

Что такое клетка Фарадея, объясняет одно свойство проводника: свободные заряды перераспределяются по поверхности и полностью гасят внешнее электрическое поле внутри оболочки. На этом принципе работают экранированные кабины, кузов автомобиля во время грозы и корпус микроволновой печи.