قفس فارده

قفس فارده

قفس فارده یک ققس یا فضای بسته ساخته‌شده از فلز یا رسانای الکتریکی دیگر است. در سال ۱۸۷۳ میلادی مایکل فاراده از در آزمایشی فردی را در یک قفس رسانای بزرگ قرار داد و آن را تا حدی شارژ کرد که بارهای الکتریکی به صورت جرقه از گوشه‌های آن جریان پیدا کردند. در هنگام نمایش کارکرد این قفس، معمولاً از سیم‌پیچ تسلا یا مولد وان دو گراف در کنار آن استفاده می‌شود و نشان می‌دهند که با وجود جرقه‌هایی که بین قفس و مولد یا سیم‌پیچ زده می‌شود، فرد درون قفس هیچ آسیبی نمی‌بیند.[۱] برای حفظ امنیت افرادی که در خارج از قفس قرار دارند قفس را به زمین متصل می‌کنند، ولی این کار برای حفظ امنیت فرد درون قفس ضرورتی ندارد.[۲]

قفس فارده علاوه بر اینکه محافظی در برابر امواج بیرونی است، به امواج درون خود نیز اجازهٔ خروج نمی‌دهد. در این حالت الکترون‌های سطح رسانا به گونه‌ای روی سطح داخلی آن آرایش می‌یابند که اثر بارهای الکتریکی درون قفس را خنثی کنند. با این وجود بر اثر جابجایی بارها سطح خارجی قفس نیز باردار می‌شود؛ برای جمع‌آوری بارهای الکتریکی سطح بیرونی قفس آن را زمین می‌کنند.

یک میدان الکتریکی‌ بیرونی باعث بازآرایی بارهای الکتریکی می‌شود که در نتیجهٔ آن میدان الکتریکی درون قفس بدون تغییر می‌ماند.

هنگامی که یک جسم باردار درون قفس فاراده قرار داده می‌شود، باری روی بدنه قفس القا می‌کند که دارای پلاریته مخالف اما هم‌اندازه بار درون قفس است. با اتصال قفس به یک دستگاه اندازه‌گیری الکتریکی می‌توان بار الکتریکی دورن آن را اندازه گرفت، از این رو قفس فارده یکی از راه‌های اندازه‌گیری بارهای الکتریکی ساکن است. البته پیش از انجام این کار باید قفس را به زمین متصل کرد تا بارهای الکتریکی روی آن تخلیه شود و سپس پیش از قراردادن جسم باردار درون آن، باید آن را از زمین جدا نمود. در عمل برای جلوگیری از تداخل میدان‌های ناشی از بارهای خارجی لازم است قفس اصلی در درون یک قفس فاردهٔ دیگر قرار بگیرد. در این آزمایش اگر ژرفای قفس اصلی خیلی بیشتر از پهنای آن باشد، بدون نیاز به بستن در قفس می‌توان به نتایج نسبتاً دقیقی دست یافت. از مزیت‌های این روش اندازه‌گیری این است که می‌تواند بار کل یک جسم رسانا یا نارسانا را اندازه بگیرد. محدودیت آن نیز این است که قفس باید تواند کل جسم مورد آزمایش را در بر بگیرد.

قفس فاراده در برابر نفوذ امواج رادیویی و تابش الکترومغناطیسی نیز مقاوم است و این امواج نمی‌توانند به داخل آن نفوذ کنند.