Kooi van Faraday: verschil tussen versies

Verwijderde inhoud Toegevoegde inhoud
versie van Magere Hein van 24 feb 2019 13:07 (53273229) teruggeplaatst - herstel cat
Label: Misbruikfilter: Leeghalen
Regel 4:
In de praktijk wordt de term 'kooi van Faraday' tegenwoordig hoofdzakelijk gebruikt voor ruimtes die elektromagnetische straling buitensluiten: elektromagnetisch dode ruimtes. Als vuistregel geldt dat een kooi van Faraday ook ondoordringbaar is voor [[elektromagnetische straling]], als de maaswijdte kleiner is dan een tiende van de golflengte van die straling; dit is overigens afhankelijk van de gewenste [[tegenfase|uitdoving]]. De golflengte van een [[magnetron (oven)|magnetron]] is ongeveer 12 cm en de maaswijdte ongeveer een mm, zodat er een zeer goede afscherming is. Voor het afschermen van een magnetisch veld worden series van gesloten doosjes van [[mumetaal]] gebruikt. Ontvangst van radiosignalen is in een kooi van Faraday daarom niet mogelijk. Het uitzenden van radiosignalen door een zender met antenne in een kooi van Faraday is ook niet mogelijk. Allerlei stoorvelden, zoals van bliksem, hebben in een kooi van Faraday geen invloed; vandaar dat [[kritisch (natuurkunde)| kritisch]] natuurkundige experimenten vaak in een dergelijke kooi gedaan worden. Een dichte auto werkt als kooi van Faraday, maar vanwege de grote ramen is ontvangst van hoge [[frequentie|frequenties]] zoals voor [[GSM (communicatie)|GSM]] (golflengte 33 cm) in de auto nog wel mogelijk. Tevens hebben alle moderne auto's tegenwoordig in de voorruit een "communicatievenster", zichtbaar door de zwarte stipjes, direct achter de binnenspiegel, waardoor wel (beperkte) elektromagnetische golven zoals GSM-ontvangst mogelijk is.
 
de kooi van faraday bestaat niet
==Werking==
[[Bestand:Faradaycagegauss.svg|thumb|Een willekeurig gesloten oppervlak <math>S</math> aan de binnenste rand omsluit geen lading, dus het netto aantal veldlijnen dat <math>S</math> betreedt en verlaat is nul. Voor het gedeelte in de geleider geldt <math>\vec{E}=\vec{0}</math>, dus daar zijn geen veldlijnen door <math>S</math>. Dit betekent dat er vanuit het inwendige geen veldlijnen <math>S</math> kunnen betreden]]
[[Bestand:Faraday_cage.gif|thumb|Werking van de kooi van Faraday]]
Wanneer een geleidend omhulsel in een [[elektrisch veld]] wordt geplaatst, oefent het elektrische veld een kracht uit op een ladingsdrager met lading <math>q</math> in het omhulsel, gegeven door: <math>\vec{F}=q \vec{E}</math>. Aangezien positieve en negatieve ladingsdragers een verschillend teken voor <math>q</math> hebben, zal de kracht op ladingsdragers van verschillend teken tegengesteld zijn, waardoor de ladingsdragers uit elkaar worden geduwd. Door deze ladingsverdeling, wordt een secundair elektrisch veld opgewekt. Wanneer we nu kijken naar de elektrische flux voor een gesloten oppervlak <math>S</math> dat een deel van het omhulsel bevat en een deel van het inwendige met in dat gebied een totale lading <math>Q_{omvat}</math>, geldt hiervoor volgens de [[wet van Gauss]]:
 
:<math>\oint_S \vec{E}\cdot d\vec{A}=\frac{Q_{omvat}}{\epsilon_0}</math>
 
Aangezien we te maken hebben met [[elektrostatica]] is het elektrische veld en daarmee ook de [[Elektrische flux|flux]] in de geleider altijd nul. Daarbij komt dat <math>S</math> geen lading omsluit (deze zit aan de rand), dus moet gelden voor de elektrische flux in het inwendige:
 
:<math>\int \vec{E}\cdot d\vec{A}=0</math>
 
Dit betekent dat het secundaire elektrische veld het oorspronkelijke veld moet opheffen, zodat er in totaal geen elektrisch veld meer binnen de geleider is<ref>{{Citeer boek
| achternaam= Young; Freedman
| titel= University Physics
| uitgever= [[Addison Wesley]]
| datum= 2008
| ISBN = 978-0-321-50130-1
| editie= 12
| pagina's =blz. 769-770
| taal = en
}}</ref>
 
Indien voor hoge frequenties afscherming nodig is, dient men in geval van gaas de wanden te voorzien van metaal met een maaswijdte kleiner dan de golflengte, of het omhulsel volledig te vervaardigen van geleidende platen. Voor kritische elektronische onderdelen worden voor dit doel wel kleine metalen dozen gebruikt. Het is dan van belang dat de deksel met veel geleidende lipjes goed contact maakt langs de hele omtrek van de doos.
 
===Inwendige afscherming===
Een ongeaarde kooi van Faraday kan ook een inwendig elektrisch veld afschermen, maar alleen wanneer er in totaal geen nettolading in het inwendige is. Plaatsen we namelijk een lading <math>+q</math> in het inwendige, dan volgt uit de wet van Gauss dat op de binnenste rand een lading komt van <math>-q</math>. Dit volgt uit het kiezen van een gebied <math>S</math> door de geleider heen, dat het gehele inwendige omsluit. Hier is het elektrische veld altijd nul, dus moet de totale omsloten lading ook nul zijn. Nu moet er op de buitenste rand van de geleider een lading van <math>+q</math> komen, waaruit volgt dat uit de geleider veldlijnen naar buiten komen.
Wanneer de nettolading in het inwendige gelijk is aan 0, gaat dit argument niet op, en blijkt op dezelfde wijze als uitwendige afscherming, dat er geen elektrisch veld is buiten de geleider.
Wanneer we de kooi van Faraday aarden, kan in geval van een nettolading in het inwendige, deze wel een inwendig elektrisch veld afschermen: de buitenste lading stroomt namelijk weg naar de aarde.
 
== Praktische toepassing ==