Der Faradaysche Käfig – eine besondere Anwendung

In der Elektrizitätslehre im Schulunterricht befasst man sich nicht nur mit den Grundlagen wie Ohmsches Gesetz oder die Lorentz-Regel, sondern auch mit Anwendungen. Eine dieser Anwendungen ist der sogenannte Faradaysche Käfig. Der Faradaysche Käfig oder auch Faraday-Käfig ist ein von einem (in der Regel) Metallgitter umgebener Raum. Bringt man nun elektrische Ladung auf Werden diesen Metallkäfig elektrische Ladungen aufgebracht, so verteilt sich die elektrische Ladung nur auf dem Metallkäfig. Im Innenraum eines Faradayschen Käfig finden wir daher keine “elektrische Ladung” bzw. ein elektrisches Feld vor. Der Faradaysche Käfig findet bei vielen technischen Produkten eine Anwendung, beispielsweise in der Automobiltechnik. So ist die Fahrzeugkarosserie so ausgelegt, dass sie wie ein Faradayscher Käfig wirkt und den Innenraum bzw. die Personen darin vor elektrischer Ladung bzw. Blitzeinschlag schützt.

Das Phänomen, das hinter dem Faradayschen Käfig steckt, setzt alle Grundkenntnisse der Elektrizitätslehre voraus. Beispielsweise wie elektrische Ladungen auf einen umgebenden Raum eine Kraft ausüben und dadurch die sogenannten elektrischen Felder erzeugen. Die Richtung dieser Kraft wird in der Elektrizitätslehre durch Feldlinien gekennzeichnet, die im Allgemeinen von der “positiven” zur “negativen” Ladung gerichtet sind.

Des Weiteren ist zum Verständnis des Faradayschen Käfigs auch notwendig, wie Ladung überhaupt übertragen werden kann. Bringen wir nun auf den Metallkäfig (Metalle sind elektrisch leitend) elektrische Ladungen auf, so sind die Ladungen innerhalb des Metallkäfigs beliebig bewegbar. Da im Inneren des Metallkäfigs nur ein mit Luft gefüllter Raum ist, enthält das Innere des Faradayschen Käfig keine Ladung. Daher haben wir Ladungen auf dem Metallgitter und im Innenraum hingegen keine Ladungen. Dieses Prinzip können wir uns am besten mit Hilfe eines Plattenkondensators vorstellen, wo wir auch eine elektrisch geladene Metallplatte und dazwischen einen Raum haben, der keine Ladung “aufweist”. Wie im Kapitel “Plattenkondensator” vorgestellt, entsteht dadurch eine Influenz.

Diese Influenz verursacht ebenfalls ein elektrisches Feld (siehe Kapitel Influenz). Wie in der Physik allgemein gilt hier das Prinzip “Ursache und Wirkung” bzw. “Actio und Reactio”. Dieses elektrische Feld, dass durch die Influenz “erzeugt” wird ist dem elektrischen Feld, dass durch die Ladungsverteilung am Fardayschen Käfig erzeugt wirkt, entgegengesetzt. Dadurch kommt es zum “Aufeinanderwirken” von zwei elektrischen Feldern, die entgegengerichtet sind und sich (Schwerpunkt) im Inneren des Faradayschen Käfigs befinden. Durch die entgegengesetzte Wirkung der elektrischen Feldlinien im Inneren des Käfigs heben sich die elektrischen Felder gegenseitig auf. Daher haben wir im Innenraum eines Faradayschen Käfigs kein elektrisches Feld und daher auch keine Kraftwirkung.

Autor: Dr. Christian Eisenhut, Letzte Aktualisierung: 02. März 2023