法拉第笼

1. 基础概念：屏蔽现象
   在静电平衡状态下，一个空心的导体（如金属壳）内部电场强度为零，外部的电场不会影响到内部空间。这是静电屏蔽的基本原理，是法拉第笼的核心理论基础。

2. 关键人物与核心实验
   19世纪30年代，迈克尔·法拉第通过实验验证并深化了这一概念。他的关键实验是：将一个金属笼（或房间）置于强电场中，用验电器（检测电荷的仪器）探测笼内空间。结果发现，无论笼外电场多强，笼内的验电器都没有反应，证明笼内没有电场。即使笼子带电，电荷也只分布在外表面，内部仍无电场。这个能屏蔽外部静电场的导体封闭结构，后来被称为“法拉第笼”。

3. 原理深化：对时变电磁场的屏蔽
   法拉第笼不仅能屏蔽静电场，也能屏蔽一定频率的时变电磁场（如无线电波）。其原理是：当外部电磁波到达导体表面时，会在导体表面感应出交变电流。这个感应电流会产生一个与原电磁场方向相反、强度相近的次级电磁场，两者在导体内部空间相互抵消，从而使电磁波无法穿透（或极大地衰减后进入）导体内部。屏蔽效果取决于导体的电导率、厚度以及要屏蔽的电磁波的频率。

4. 设计要素与结构
   一个有效的法拉第笼通常需要是一个连续、封闭的导电外壳。常用材料包括铜网、铝板或镀银织物。关键设计参数包括：

   • 导电连续性：所有接缝必须紧密连接（如焊接或用导电胶带密封），门等开口处需使用导电衬垫保证电气接触。
   • 网孔尺寸：对于网状结构，其网孔直径必须远小于要屏蔽的电磁波的波长。波长越长（频率越低），要求网孔越小。
   • 接地：对于静电屏蔽，接地可以泄放电荷；对于电磁屏蔽，接地影响低频（如50Hz工频）屏蔽效能。

5. 应用实例

   • 电子设备：屏蔽机箱、屏蔽室用于防止外部干扰或内部辐射。
   • 高压作业：电力工人穿戴的金属丝编织的屏蔽服，构成一个贴身法拉第笼，保障在高压电场中安全作业。
   • 信息安全：屏蔽帐篷或房间用于防止无线信号窃听（TEMPORARY）。
   • 日常生活：电梯、汽车车厢在某种程度上是一个不完美的法拉第笼，会导致手机信号减弱；微波炉的门网屏蔽微波泄漏。

6. 常见误解与局限性

   • 法拉第笼主要屏蔽的是电场和高频电磁场。对于恒定的低频磁场（如强永磁体产生的磁场），屏蔽效果很弱，需要高导磁材料（如坡莫合金）。
   • 它不能屏蔽静态磁场或变化极慢的磁场。
   • 如果笼体有大的孔洞或缝隙，屏蔽效能会急剧下降，电磁波会从这些缺口“泄漏”进去。