有驚無險的法拉第籠

走進科技館的磁電展區(qū)，觀眾會看到一個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5×104 V.初次見到此件展品的觀眾也許會捉摸不透，這大鐵籠子是干什么的?究竟有沒有危險?其實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一次驚險刺激的高壓電表演.

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，表演過程雖然驚險但絕對安全.然后，講解員在電壓還沒有升高之前，請幾位大膽的觀眾進入籠內(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.當顯示器上顯示電壓為5×104 V時， 操作人員拿來一根長長的桿子，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行放電演示，只見長長的藍白色電火花連續(xù)閃出，并發(fā)出啪啪的響聲，像閃電一樣(如圖2).現(xiàn)場看起來確實讓人有點心驚膽戰(zhàn)!這時如果籠內(nèi)觀眾將手貼在籠壁上，放電桿會向手掌接觸籠子的位置放電.觀眾可看到，這時籠內(nèi)人員的手掌雖然接近放電火花，但是籠內(nèi)人員不僅不會觸電，而且還可以體驗到放電所產(chǎn)生的電子風(fēng)的清涼感覺.

5×104 V的高壓已遠遠超過人體的安全電壓，籠內(nèi)的人員怎么會安然無恙呢?原來，法拉第籠是一種用于演示等電勢#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，它的下面由四個瓷絕緣柱支撐著，是一個封閉的導(dǎo)體，籠中的人與金屬籠的電位相等，即等電位.當籠體的電壓升高到5×104 V時，籠子里的人身上任何部位的電壓也都是5×104 V，整個籠體與人是一個等電勢體，二者并不存在電勢差.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)部電場為零，因而不會有電流產(chǎn)生.沒有電流流過人體，人體就不會觸電(人體觸電的原因是身體的不同部位存在電勢差，有強電流通過身體).外面的人敢去摸籠子嗎?答案是否定的!這是因為外面的人是站在地上的，地面電壓為零，而籠子電壓是5×104 V，所以外面的人是萬萬不能摸籠子的.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)操作員的防護服就是用金屬絲制成，接觸高壓線時，防護服與人體形成等電位，人體不通過電流，起到保護作用.在一些精密儀器外面加一個金屬罩，就能使之不受外界電場干擾.人們生活中使用的有線電視信號線#65380;通信電纜外面都包有一層金屬皮或金屬網(wǎng)線，也是用來防止外界電場干擾的.很多人知道飛機和汽車的整體可被視為一個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，人在飛機和汽車內(nèi)是相對安全的.

法拉第是19世紀著名的英國物理學(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，為人類進入電氣時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，永遠值得后人學(xué)習(xí).

責任編輯蔡華杰