Der faradaysche Käfig (auch Faraday-Käfig) ist die Bezeichnung für eine allseitig geschlossene Hülle aus leitfähigem Material (z. B. Drahtgeflecht, Blech) deren Innenraum dadurch von äußeren elektrischen Feldern oder elektromagnetischen Wellen abgeschirmt ist. Der Name steht auch als Metapher für den damit verbundenen elektrischen Effekt, dass das Innere dieses Körpers frei von einem elektrischen Feld ist. Der Begriff geht zurück auf den englischen Physiker Michael Faraday.

Der Faradaykäfig-Effekt ist verantwortlich für Phänomene wie diese:

• Im Innern des Käfigs ist kein Funkempfang (Radio, Mobilfunk) möglich.
• Schlägt ein Blitz vor einem oder in ein Auto ein, so trifft er nicht die Insassen des Autos.
• Wird ein Blitz innerhalb einer Kugel aus Draht erzeugt, so trifft er nicht die außenstehenden Zuschauer.

Anwendungen

---

Faradaysche Käfige werden überall dort angewandt, wo Einflüsse von äußeren elektrischen Feldern, die zum Beispiel bei der Benutzung von Computern entstehen, die Funktionsweise des Gerätes stark negativ beeinflussen können. Beispielsweise wird er zur Abschirmung von Messinstrumenten, elektrischen Leitungen (z. B. Koaxialkabel) oder Messräumen verwendet. Der faradaysche Käfig ist dann z. B. das Gehäuse aus einem leitenden Material oder eine dünne metallische Folie (vorzugsweise Aluminium) mit der der Leiter ummantelt ist. Wenn es um die Abschirmung ganzer Räume geht, wird dieser mit Draht (z. B. feinem Maschendraht) ausgekleidet.

Das Prinzip des Faraday-Käfig findet aber auch Anwendung beim umgebenden Drahtsystem einer Blitzschutzanlage für Gebäude. Auch Autos und Flugzeuge sind Faraday-Käfige.

Versuch

---

Man nehme einen elektrischen Leiter und verdicke ihn. Anschließend erzeuge man in der Verdickung eine Blase. Für diese nicht leitende Blase gilt, dass alle elektrischen Effekte, wie

• elektrischer Strom
• elektromagnetische Wellen

in der Blase unabhängig von Effekten außerhalb der Blase und damit auch unabhängig von Effekten im umgebenden Leiter auftreten. Der die Blase umgebende Leiter schirmt die äußeren Effekte ab.

Die vollständige Ummantelung durch einen Leiter kann auch durch ein Geflecht von Leitern (wie z. B. Käfiggitter - daher der Name) angenähert werden, wenn der Elektrische Leitfähigkeitsunterschied zwischen Leiter und Nichtleiter genügend groß ist.

Man kann einen solchen Versuch im Deutschen Museum täglich live miterleben.

Erklärung

---

Für die Erklärung ist es einfacher, das Problem im zweidimensionalen Raum zu betrachten:

• Man denke sich einen radialen Leiterquerschnitt, der Leiter ist makroskopisch betrachtet elektrisch neutral, es gibt also kein E-Feld.
• Jetzt wird ein äußeres elektrisches Feld angelegt.
• Das äußere E-Feld hat zur Folge, dass in diesem Leiter Influenz (Ladungstrennung) stattfindet (positive Ladungsträger bewegen sich in Feldrichtung, negative bewegen sich antiparallel zum Feld; geschieht vorzugsweise in Leitern). Es werden so lange bewegliche Ladungsträger an die Oberfläche des Leiters gezogen, bis die Oberflächenladungen das äußere elektrische Feld kompensieren und das elektrische Feld in seinem Inneren verschwindet.

Diese Aussage gilt nicht nur für Leiter sondern auch wenn der Leiter hohl ist, wie im Inneren einer leitfähigen Kugelschale oder eines metallischen Rohres. Dort ist das elektrische Feld Null, d. h. das elektrische Potential im Inneren ist konstant. Da $E\; =\; -\; \backslash operatorname\{grad\}\; \backslash Phi$ folgt aus $E\; =\; 0$:

$\backslash Phi\; =\; const.$

Einfach ausgedrückt: Die leitfähige Hülle wirkt als Äquipotentialfläche, sozusagen eine „elektrische Wand“.

Analog verhält es sich in drei Dimensionen.

Bei nicht zu hochfrequenten Wechselfeldern genügt es auch, wenn man statt eines geschlossenen Leiters einen Käfig aus Leitermaschen hat.

Theoretische Elektrotechnik

Faraday cage | Jaula de Faraday | Faradayn häkki | Cage de Faraday | כלוב פאראדיי | Gabbia di Faraday | Kooi van Faraday | Klatka Faradaya | Faradays bur