有驚無(wú)險(xiǎn)的法拉第籠

走進(jìn)科技館的磁電展區(qū)，觀眾會(huì)看到一個(gè)能容納三五人的大金屬籠子，它的說明牌上寫著籠子上的電壓可高達(dá)5×104 V.初次見到此件展品的觀眾也許會(huì)捉摸不透，這大鐵籠子是干什么的?究竟有沒有危險(xiǎn)?其實(shí)它是一件高壓電演示展品，叫法拉第籠(如圖1).讓我們跟隨講解員體驗(yàn)一次驚險(xiǎn)刺激的高壓電表演.

首先，講解員講到法拉第籠是由籠體#65380;高壓電源#65380;電壓顯示器和控制部分組成，籠體與高壓電源連接并且與大地絕緣，表演過程雖然驚險(xiǎn)但絕對(duì)安全.然后，講解員在電壓還沒有升高之前，請(qǐng)幾位大膽的觀眾進(jìn)入籠內(nèi)，并關(guān)閉籠門.最后，由操作人員接通高壓電源，將電壓慢慢升高.當(dāng)顯示器上顯示電壓為5×104 V時(shí)， 操作人員拿來(lái)一根長(zhǎng)長(zhǎng)的桿子，叫做接地桿或放電桿，桿子的前端有一段鐵絲，鐵絲連地線，她用這根桿子的前部去接觸籠子進(jìn)行放電演示，只見長(zhǎng)長(zhǎng)的藍(lán)白色電火花連續(xù)閃出，并發(fā)出啪啪的響聲，像閃電一樣(如圖2).現(xiàn)場(chǎng)看起來(lái)確實(shí)讓人有點(diǎn)心驚膽戰(zhàn)!這時(shí)如果籠內(nèi)觀眾將手貼在籠壁上，放電桿會(huì)向手掌接觸籠子的位置放電.觀眾可看到，這時(shí)籠內(nèi)人員的手掌雖然接近放電火花，但是籠內(nèi)人員不僅不會(huì)觸電，而且還可以體驗(yàn)到放電所產(chǎn)生的電子風(fēng)的清涼感覺.

5×104 V的高壓已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人體的安全電壓，籠內(nèi)的人員怎么會(huì)安然無(wú)恙呢?原來(lái)，法拉第籠是一種用于演示等電勢(shì)#65380;靜電屏蔽和高壓帶電作業(yè)原理的設(shè)備，它以電磁學(xué)的奠基人#65380;英國(guó)物理學(xué)家法拉第的姓氏命名.法拉第籠是用金屬網(wǎng)制成的籠子，它的下面由四個(gè)瓷絕緣柱支撐著，是一個(gè)封閉的導(dǎo)體，籠中的人與金屬籠的電位相等，即等電位.當(dāng)籠體的電壓升高到5×104 V時(shí)，籠子里的人身上任何部位的電壓也都是5×104 V，整個(gè)籠體與人是一個(gè)等電勢(shì)體，二者并不存在電勢(shì)差.另外，由于金屬籠的“屏蔽”作用，使金屬籠上的電荷全部分布于外表面，籠體內(nèi)部電場(chǎng)為零，因而不會(huì)有電流產(chǎn)生.沒有電流流過人體，人體就不會(huì)觸電(人體觸電的原因是身體的不同部位存在電勢(shì)差，有強(qiáng)電流通過身體).外面的人敢去摸籠子嗎?答案是否定的!這是因?yàn)橥饷娴娜耸钦驹诘厣系?，地面電壓為零，而籠子電壓是5×104 V，所以外面的人是萬(wàn)萬(wàn)不能摸籠子的.因此，在表演過程中，不參與表演的觀眾要站在離籠子1 m的隔離帶以外;參與表演的觀眾也會(huì)被要求手指平放，而不要將任何一根手指伸出籠子外.

法拉第籠可以有效地隔絕籠體外的電場(chǎng)和電磁波干擾，這種現(xiàn)象叫靜電屏蔽.高壓帶電作業(yè)操作員的防護(hù)服就是用金屬絲制成，接觸高壓線時(shí)，防護(hù)服與人體形成等電位，人體不通過電流，起到保護(hù)作用.在一些精密儀器外面加一個(gè)金屬罩，就能使之不受外界電場(chǎng)干擾.人們生活中使用的有線電視信號(hào)線#65380;通信電纜外面都包有一層金屬皮或金屬網(wǎng)線，也是用來(lái)防止外界電場(chǎng)干擾的.很多人知道飛機(jī)和汽車的整體可被視為一個(gè)類似法拉第籠的裝置，能起到法拉第籠的作用，所以在發(fā)生雷擊時(shí)，人在飛機(jī)和汽車內(nèi)是相對(duì)安全的.

法拉第是19世紀(jì)著名的英國(guó)物理學(xué)家，他主要從事電學(xué)#65380;磁學(xué)#65380;電化學(xué)等方面的研究，并在這些領(lǐng)域取得了一系列重大發(fā)現(xiàn):他發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律， 首先提出了電感線#65380;磁感線的概念，為人類進(jìn)入電氣時(shí)代鋪就了最重要的一塊基石.法拉第執(zhí)著地探尋大自然的奧秘，為人類文明做出了杰出貢獻(xiàn)，永遠(yuǎn)值得后人學(xué)習(xí).

責(zé)任編輯蔡華杰