“鳥籠”演示靜電屏蔽實驗報告

　　實驗背景：

　　法拉第曾經(jīng)冒著被電擊的危險，做了一個聞名于世的實驗——法拉第籠實驗。法拉第把自己關(guān)在金屬籠內(nèi)，當(dāng)籠外發(fā)生強大的靜電放電時，他并未受到任何影響。在使用大的法拉第籠時，金屬籠上接高壓電，外部接地導(dǎo)體接觸籠壁時可以觀察到電火花，而籠內(nèi)的人沒有感覺；用小型法拉第籠（鳥籠）實驗時，可以觀察到通電鳥籠外部的紙條飄起，而內(nèi)部的紙條并沒有明顯變化。

　　實驗原理：

　　本實驗運用了靜電屏蔽原理：導(dǎo)體的外殼對它的內(nèi)部起到“保護(hù)”作用，使它的內(nèi)部不受外部電場的影響。

　　因為在電場中，電子會因電場力而運動。而在靜電平衡狀態(tài)中的導(dǎo)體內(nèi)部電場處處為0。由此可知處于靜電平衡的導(dǎo)體，其凈電荷只能分布在導(dǎo)體外表面。這樣，導(dǎo)體外表面對其內(nèi)部起到保護(hù)作用，使其不受電場影響。因此，在大型法拉第籠通電時，電荷分布在籠子的外表面，用接地導(dǎo)體觸碰時可以看到電火花，而內(nèi)部的人沒有感到電流存在；小籠的外部布滿電荷，紙條因帶電而飄起，內(nèi)部的紙條卻沒有此現(xiàn)象。

　　實驗應(yīng)用

　　1、電工穿的均壓服，就是在衣服中編織入金屬絲，將人和衣服看成同一物體，則金屬絲就相當(dāng)于導(dǎo)體的外殼，在工人進(jìn)行高壓帶電作業(yè)時，對人體起到保護(hù)作用。

　　2、有些電子儀器的工作條件要求非常高，要杜絕外部電場影響，就可以將其放入法拉第籠中對其進(jìn)行電場屏蔽，消除外部電場對其影響。

　　3、在一些高磁場、高電場環(huán)境中工作的人，為了保證身體健康，可以穿編入金屬絲的衣服，以減輕環(huán)境中的電磁場對身體影響。

法拉第籠實驗報告3

　　法拉第籠構(gòu)造及原理

　　法拉第籠是一個由金屬或者良導(dǎo)體形成的籠子，是以電磁學(xué)的奠基人、英國物理學(xué)家邁克爾·法拉第的姓氏命名的一種用于演示等電勢、靜電屏蔽和高壓帶電作業(yè)原理的設(shè)備。它是由籠體、高壓電源、電壓顯示器和控制部分組成。其籠體與大地連通，高壓電源通過限流電阻將直流高壓輸送給放電桿，當(dāng)放電桿尖端距籠體較近時，出現(xiàn)放電火花，根據(jù)接地導(dǎo)體靜電平衡的條件，籠體是一個等位體，內(nèi)部電勢為零，電場為零，電荷分布在接近放電桿的外表面上。

　　導(dǎo)體的外殼對它的內(nèi)部起到“保護(hù)”作用，使它的內(nèi)部不受外部電場的影響，這種現(xiàn)象稱為靜電屏蔽。如果將導(dǎo)體放在電場強度為E外的外電場中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子在電場力的作用下，會逆電場方向運動。這樣，導(dǎo)體的負(fù)電荷分布在一邊，正電荷分布在另一邊，這就是靜電感應(yīng)現(xiàn)象。由于導(dǎo)體內(nèi)電荷的重新分布，這些電荷在與外電場相反的方向形成另一電場，電場強度為E內(nèi)。根據(jù)場強疊加原理，導(dǎo)體內(nèi)的電場強度等于E外和E內(nèi)的疊加。當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)部總電場強度為零時，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再移動。物理學(xué)中將導(dǎo)體中沒有電荷移動的狀態(tài)叫做靜電平衡。處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，內(nèi)部電場強度處處為零。由此可推知，處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體，電荷只分布在導(dǎo)體的外表面上。而法拉第籠就是根據(jù)這個原理制成的。

　　法拉第籠原理的應(yīng)用

　　高壓帶電操作員的防護(hù)服是用金屬絲制成的，當(dāng)接觸高壓線時，形成了等電位，使得作業(yè)人員的身體沒有電流通過，起到了很好的保護(hù)作用。

　　要想讓一個教室、一個考場在電子通信的角度上“與世隔絕”，是可以做到的，目前各種通信工具都是用電磁波或者說無線電波來傳遞信號，我們只要像法拉第籠子一樣給教室電磁屏蔽就可以達(dá)到目標(biāo)，目前大型考試中，教室里都已經(jīng)安裝了屏蔽系統(tǒng)，防止考生利用電子產(chǎn)品作弊現(xiàn)象的發(fā)生。

　　高層建筑很容易被雷擊，對人體產(chǎn)生較大危害，而利用法拉第籠的原理制成的籠式避雷網(wǎng)可以有效地較少雷擊對人體造成的危害。比如國家體育場“鳥巢”，其主體鋼結(jié)構(gòu)中的鋼構(gòu)件以及鋼筋混凝土中的鋼筋，通過焊接方式進(jìn)行有效連接，這樣“鳥巢”自身就形成了一個巨大的避雷網(wǎng)，而“鳥巢”的鋼結(jié)構(gòu)就成為了一個巨大的'接收閃電的裝置，能把閃電迅速導(dǎo)入地下，從而保障了場內(nèi)觀眾的安全。

法拉第籠實驗報告4

　　大型法拉第籠

　　【實驗?zāi)康摹苛私饨拥亟饘贇れo電感應(yīng)是的電荷分布及電位特點；認(rèn)識經(jīng)典屏蔽的原理

　　【操作方法】

　　參與實驗者進(jìn)入法拉第籠，關(guān)好籠門；

　　打開高壓電源，將高壓探棒靠近法拉第籠；

　　調(diào)節(jié)電位器，逐漸調(diào)高電壓到探棒與籠身發(fā)生放電，打出電弧，觀察此時的電壓；

　　實驗者在籠內(nèi)將手放在打出電弧的位置，不會有觸電的感覺；

　　調(diào)低電壓后關(guān)閉電源，用探棒對法拉第籠充分放電；

　　打開籠門，實驗者走出法拉第籠。

　　【注意事項】

　　實驗進(jìn)行期間，實驗者不可打開籠門，觀眾不可擅自靠近法拉第籠和高壓探棒；

　　務(wù)必在關(guān)閉電源后，用探棒對法拉第籠充分放電，實驗者方可打開法拉第籠門。

　　【實驗原理】

　　籠體與大地相連，高壓電源通過限流電阻將上萬伏直流電壓輸送給探棒，當(dāng)高壓棒尖端靠近籠體時，法拉第籠發(fā)生靜電感應(yīng)。根據(jù)導(dǎo)體靜電平衡條件，感應(yīng)電荷分布在籠的外表面，靠近電壓棒處電荷密度大，周圍電場強，籠的外表面與高壓棒之間放電。根據(jù)接地導(dǎo)體靜電平衡的條件，籠體是一個等位體，內(nèi)部電位為零，電場為零，電荷分布在接近放電桿的外表面上。法拉第籠無論被加上多高的電壓內(nèi)部也不存在電場。而且由于金屬的導(dǎo)電性，即使籠子通過很大的電流，內(nèi)部的物體通過的電流也微乎其微。在面對電磁波時，可以有效的阻止電磁波的進(jìn)入。

　　法拉第籠是一個理想環(huán)境，是建立在空間的一個大屏蔽網(wǎng)絡(luò)。將其接地后，第一，它可以屏蔽雷電產(chǎn)生的電磁脈沖，防止里面的弱電設(shè)備和人員遭受損傷；第二，它可以把強大的感應(yīng)電荷泄入大地。

　　【原理應(yīng)用】

　　高壓作業(yè)人員帶電工作時，可通過穿著用金屬絲制成的防護(hù)服。當(dāng)接觸高壓線時，形成了等電位，使得作業(yè)人員的身體沒有電流通過，起到了很好的保護(hù)作用。

　　汽車就是一個法拉第籠，由于汽車外殼是個大金屬殼，形成了一個等位體，當(dāng)駕駛員在雷雨天行駛時，車?yán)锏娜瞬挥脫?dān)心遭到雷擊。

　　將精密儀器設(shè)備的金屬外殼接地，有效地避免了不必要的電磁干擾以及雷電襲擊。

　　【實驗思考】

　　法拉第籠的演示還說明了外殼接地的法拉第籠可有效地隔絕籠體內(nèi)外電磁波干擾從而起到靜電屏蔽作用。

　　即使住在法拉第籠子里，也不能完全避免電磁輻射。法拉第籠不能屏蔽靜電和低速變化的磁場，比如地磁，在法拉第籠里，指南針照樣能工作。因而不可能完全避免電磁輻射。

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