Ein Faradayscher Käfig ist eine kasten- oder käfigförmige Struktur aus elektrisch leitfähigem Material wie Kupfer oder Eisen, die das Eindringen statischer elektrischer Felder in das Innere des Käfigs verhindert. Der Faradaysche Käfig ist nach seinem Erfinder Michael Faraday benannt.
Der Käfig ist durchlässig für statische Magnetfelder wie das Erdmagnetfeld und für externe elektrische Felder. Aus diesem Grund bietet der Faradaysche Käfig Schutz vor elektrostatischen Entladungen wie Blitzschlag bei Gewitter.
In der Praxis wird der Begriff „Faradayscher Käfig“ heute hauptsächlich für Räume verwendet, die elektromagnetische Wellen ausschließen. Diese Räume werden ohne elektromagnetische Felder zu Toträumen.
Als allgemeine Regel gilt, dass ein Faradayscher Käfig für elektromagnetische Strahlung undurchlässig ist, wenn die Größe seines Metallgitters weniger als ein Zehntel der Wellenlänge dieser Strahlung beträgt.
Wenn die Wellenlänge eines Faradayschen Käfigs größer als die Größe des Metallgitters ist, können innerhalb des Käfigs keine Funksignale empfangen oder gesendet werden.
Wie funktioniert der Faradaysche Käfig?
Der Faradaysche Käfig funktioniert dank der Eigenschaften eines elektrischen Leiters, der sich im elektrostatischen Gleichgewicht befindet. Sobald ein äußeres elektrisches Feld auf den Käfig trifft, werden die positiven elektrischen Ladungen fixiert. Die Elektronen, die in einem Metall frei sind, beginnen sich jedoch von einem Atom zu bewegen, das durch die Kraft des elektrischen Felds gestoßen wird.
Elektronen mit negativer Ladung bewegen sich in entgegengesetzter Richtung zum elektrischen Feld. Obwohl die elektrische Gesamtladung des Leiters null ist, konzentriert sich ein Überschuss an negativer Ladung auf einer Seite des Käfigs und die gegenüberliegende Seite bleibt positiv geladen. Durch diese Elektronenbewegung wird im Inneren der Box ein elektrisches Feld in entgegengesetzter Richtung zum äußeren Feld erzeugt.
Das Ergebnis der beiden gegenläufigen elektrischen Felder führt dazu, dass im Inneren das elektrische Feld Null ist. Im Inneren der Box gibt es kein elektrisches Feld und daher kann keine Ladung durch sie hindurchgehen.
Beispiele für den Faradayschen Käfig im Alltag
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Mikrowellenherde bestehen aus einem Metallkasten mit einer transparenten Tür auf der Vorderseite, auf der ein Metallfilm aufgebracht ist, mit Löchern, um ihn transparent zu machen. Diese Struktur bildet einen Faradayschen Käfig für Mikrowellenstrahlung. Mikrowellenstrahlung hat eine Wellenlänge von etwa 12 Zentimetern, die zu lang ist, um durch die Löcher zu entweichen.
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Die Metallstruktur eines Flugzeugs bildet einen Faradayschen Käfig. Aus diesem Grund nehmen die Passagiere bei einem Blitzeinschlag in ein Flugzeug kein elektrisches Feld wahr.
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Der Raum, in dem sich ein MRT-Gerät befindet, ist mit einem Faradayschen Käfig geschützt.
