雨天因“法拉第笼”效应车辆变“避雷针”专家:遇雷击要这样做
8月5日,在广西北海铁山服务区发生惊险一幕,当时正在下雨,一辆缓慢行驶的汽车突然被一道闪电击中,现场有火光闪现,小车当即停车,车上人员无大碍。无独有偶,8月2日,在沪昆高速浙江境内,一辆行驶的小车也被一道闪电击中,好在驾驶员冷静应对,及时把车停到应急道上。
法拉第笼是一种由导电材料(如金属网、铜、铝等)制成的封闭或部分封闭结构,它的核心功能是阻挡外部电场和电磁波的侵入,同时防止内部电磁波的外泄。这种结构之所以有效,是因为它能够引导电场和电磁波沿导体表面传播,从而阻止它们穿透到笼内或从笼内逸出。
当电场或电磁波与法拉第笼接触时,笼内的自由电子会在导电材料表面重新排列,以中和外部电场的影响。这一过程确保了笼内空间的电场强度维持在一个极低的水平,有时甚至接近于零。因此,法拉第笼不仅是一个理论上的概念,它在实际应用中也是保护设备和人员免受电磁干扰的重要工具。
法拉第笼的设计可以多种多样,从完整的封闭金属壳到由金属网构成的部分封闭结构,都能轻松实现其屏蔽效果。设计时需要仔细考虑的重要的条件包括所需屏蔽的电磁频率范围、特定的应用环境和预期的屏蔽效能。通过精心设计,法拉第笼能够为各种场合提供定制化的电磁屏蔽解决方案。
法拉第笼的工作原理是基于电荷屏蔽效应,这是电磁学中的一个重要概念。在导体内部,电荷会自动在其表面重新分布,以应对外部电场的作用。这种重新分布的自由电子能够中和外部电场,使得导体内部的电场强度降至最低,甚至为零。因此,导体内部既不会有电场产生,也不会有电流流动。
当一个封闭的导体结构,即法拉第笼,遭遇外部电场或电磁波的干扰时,其表面的自由电子会迅速响应,移动到适当的位置以产生一个与外部电场方向相反的内部电场。这一内部电场有效地抵消了外部电场,保护了笼内的区域不受干扰。这种现象同样适用于电磁波。高频电磁波会被笼子的金属表面反射和吸收,不能穿透到内部。
技术人员提示,应尽快到安全区域停车,并关掉音响、收音机等设备,使车辆形成一个完全封闭的空间,同时身体也莫接触金属物品。
驾车时如果被雷电击中,莫轻易下车。电流会经车身表面传到地面,在车内反而安全。车内躲避时,要注意关掉引擎、音响系统、收音机等,并关闭所有车窗,使车辆形成一个完全封闭的空间。
法拉第笼的应用广泛分布在所有的领域,从日常生活中的保护设备,到科研和工业中的防电磁干扰,甚至涉及军事、医学等高精尖领域。
当雷电打在建筑物或车辆上时,如果建筑物外部或车辆采用导电材料覆盖,就能形成一个“笼子”状的保护结构,电流会沿着外部导体传播,而不会进入建筑物内部。这就是怎么回事在雷雨天气里,汽车成为相对安全的避雷场所,因为汽车的金属外壳本质上形成了一个法拉第笼。
电磁干扰(EMI)是指设备之间的电磁波干扰,有几率会使电子设备工作异常或通信中断。在电子科技类产品制造和测试中,法拉第笼常用于隔离设备,确保不受外界电磁信号的影响。例如,手机、电脑等电子设备在制造和检验测试过程中,会使用法拉第笼来进行屏蔽测试,确保设备的电磁兼容性。
在信息安全领域,法拉第笼大范围的应用于保护敏感信息。很多高安全等级的机密场所,如军事基地、政府办公室等,都会使用法拉第笼结构的房间或设备来防止外部通过无线电信号窃取信息。这种房间常被称为“屏蔽室”,能够有效阻挡内部电磁波的发散。此外,很多国家的领导人乘坐的车辆也会安装法拉第笼,以避免外部通过无线电手段对车辆中的通信进行窃听或干扰。
在医学领域,法拉第笼被用于保护敏感的医疗设施免受电磁干扰。例如,核磁共振成像(MRI)仪器对电磁干扰极其敏感,任何外部的电磁波都可能会影响成像结果。因此,核磁共振室通常会用法拉第笼进行屏蔽,确保外界的电磁波不会干扰到设备的正常运行。