Der Faradaysche Käfig war eine der genialsten Erfindungen – wenn man so sagen kann – der 80er-90er Jahre und ermöglicht es uns heute, keine Angst vor Blitzen zu haben.
Sein Funktionsprinzip zu verstehen ist eigentlich einfach und wird in verschiedenen Bereichen und Situationen, auch im Alltag, genutzt. Schauen wir uns an, was es ist und wie es unser Leben retten kann, aber zuerst… Ein paar Worte über den Autor!
Michael Faraday: Wer er war
Michael Faraday war ein britischer Physiker und Chemiker, aber seine Jugend war alles andere als einfach. Er begann im Alter von 13 Jahren zu arbeiten und konnte sich aufgrund seiner sozialen Schicht keine Ausbildung leisten.
Während seiner Lehre in einer örtlichen Buchhandlung hatte er die Gelegenheit, verschiedene Werke zu lesen, darunter The Improvement of the Mind von Isaac Watt. Seitdem entwickelte er eine bedingungslose Leidenschaft für die Wissenschaften und studierte Physik und Chemie als Autodidakt.
Aber dank glücklicher Umstände und dem guten Auge für Talente einiger wichtiger Professoren begann er regelmäßig an einigen der besten Institute zu studieren und von dort aus… Formulierte er das Faradaysche Gesetz und den Käfig, der seinen Namen trägt.
Das Gesetz der elektromagnetischen Induktion
Auch bekannt als Gesetz der elektromagnetischen Induktion, war das Faradaysche Gesetz ein Durchbruch für die Wissenschaftler; Faraday formulierte es in der ersten Hälfte der 80er Jahre, dank der vorherigen Theorien und Gesetze über Elektrizität und Magnetfeld von anderen großen Wissenschaftlern.
Hier ist, was das Gesetz besagt:
In einem Stromkreis wird eine Potentialdifferenz erzeugt, die der zeitlichen Änderung des Flusses des Magnetfeldes entspricht, das den Stromkreis durchquert.
Okay, so gesagt scheint es etwas Unverständliches zu sein… Hier ist also die Formel:
ΔV=ΔΦ(B)/Δt
Noch immer nichts? Das ist normal… „ΔV“ steht für die Potentialdifferenz, Δt steht für die Dauer des Zeitintervalls. Wir wissen, dass „B“ in der Physik für „Magnetfeld“ steht und dass „Φ(B)“ für „Fluss des MF“ steht.
Von hier aus die in Worte gefasste Formel im oben beschriebenen Gesetz! Einfach ausgedrückt, ein veränderliches Magnetfeld erzeugt einen induzierten Strom, das heißt, der Strom entsteht, wenn ΔΦ(B) variiert. Aber warum ist das so wichtig?
Der Faradaysche Käfig: Konzepte und Anwendungen
Das Faradaysche Gesetz war die Grundlage, die zur Realisierung des Käfigs führte, als Experiment, um die Richtigkeit seiner Theorien zu demonstrieren.
Eine Ladung erzeugt im Raum ein elektrisches Feld, das die Umgebung polarisiert. Eine sehr starke Ladung kann sogar die Luft polarisieren, und die positiven Ladungen des Bodens und die negativen Ladungen in der Luft erzeugen eine elektrische Entladung, die wir gemeinhin Blitze nennen.
Aber wenn wir in die Richtung des elektrischen Feldes einen hohlen Leiter setzen, wird die Ladung im Inneren 0 sein, also null! Um dies zu beweisen, baute Faraday einen Metallkäfig und verband daran außen und innen Blattelektroskope.
Er stieg hinein und startete einen Ladungsgenerator, der ein elektrisches Feld von solcher Größe erzeugte, dass Blitze entstanden. Die Elektroskope außen öffneten sich, die innen nicht. Dies zeigte, dass – in Anwesenheit von elektrischen Feldern – innerhalb eines Käfigs (eben des Faradayschen) das Feld null ist.
Er erlitt natürlich keine Verletzungen, sondern nur Zufriedenheit.
Kann der Faradaysche Käfig unser Leben retten? Ja
Heutzutage wird der Faradaysche Käfig in verschiedenen Kontexten angewendet und rettet uns sicherlich das Leben. Man denke nur an Flugzeuge, deren Außenhülle als Käfig konzipiert wurde, um die Ladungen der Blitze zu einer Seite abzuleiten, ohne Folgen für das Flugzeug und die Passagiere.
Autos sind sicherlich ein weiteres Beispiel, wo das Gesetz und die Entdeckung von Faraday angewendet werden. Tatsächlich ist das Auto während eines Gewitters der empfohlene Ort, um Schutz zu suchen, da die Ladung des Blitzes auf die Oberfläche abgeleitet wird.
Und ob Sie es glauben oder nicht, auch der geliebte Mikrowellenherd ist nach dem Faradayschen Käfig gebaut, aber… Umgekehrt. Tatsächlich, wenn sich eine elektromagnetische Ladung innerhalb des Käfigs befindet, wird ein Feld im Inneren, aber nicht außerhalb erzeugt.
In der Praxis bleibt es innerhalb des Käfigs eingeschlossen, und das ist das Prinzip, nach dem Mikrowellenherde gebaut werden, um zu verhindern, dass sich die elektromagnetischen Wellen während des Gebrauchs nach außen ausbreiten (dieses berühmte Gitter, das Sie an der Tür sehen).
