14.11 法拉第笼

来源： ➕ 考纲（静电感应 · 参 主题 6 §6.3）

一个封闭的导体（金属外壳或金属网笼）会把内部屏蔽于外部电场之外——内部电场为零（${\overrightarrow{E}}_{\text{内}}=0$）。这种装置称为法拉第笼（Faraday'scher Käfig）。

✎ 屏蔽如何实现？——经由静电感应的机制（逐步）。

1. 加上外电场后，它对金属中自由可动的传导电子施力（§14.4）。
2. 电子不断移动，直到聚集在导体的外表面（一侧变负、另一侧变正）——这就是静电感应（Influenz）（导体内的电荷分离）。
3. 这些被移动的电荷在内部建立一个自己的场，与外场方向恰好相反、大小相等。
4. 两场在内部恰好抵消 → ${\overrightarrow{E}}_{\text{内}}=0$。这个重新分布会一直进行，直到导体内部不再有力作用于电子（达到平衡）。所以多余电荷总是位于外表面，绝不在内部。

✎ 重要：有孔的网笼也行。 笼子不必是封闭实心的——只要网孔相对于场的变化足够小，一张金属网就够了。所以有孔的金属板（如微波炉门）也能屏蔽。提示：法拉第笼屏蔽的是电场（及高频电磁场）——静态磁场则会穿透（那需要别的材料）。

应用：

• 汽车 / 飞机在遭雷击时安全——雷电流沿金属外壳从外部导走，内部场为零（乘员受保护，并非像常被误以为的那样靠橡胶轮胎保护）。
• 微波炉门： 玻璃中的孔网把微波（一种电磁波）挡在炉腔内——孔相对于波长很小，但可见光（波长小得多）能通过 → 因而能看进去。
• 屏蔽电缆（同轴电缆）与测量仪器外壳：金属屏蔽层把干扰场挡在外面。
• 磁共振（MRT）室： 整个房间做成笼子，使外界的无线电/干扰场不致扰乱灵敏的测量。