Warum der Innenraum feldfrei bleibt
Im Inneren der Metallbox bleibt das elektrische Feld null — unabhängig davon, wie stark das äußere Feld ist.
Ein geschlossener Leiter reagiert auf ein äußeres Feld mit Influenz: Die freien Elektronen wandern an die Oberfläche, und das Gegenfeld dieser Oberflächenladungen wächst genau so lange, bis es das äußere Feld im Hohlraum aufhebt — egal, wie stark dieses ist.
- Influenz:Ein äußeres Feld verschiebt die freien Elektronen eines geschlossenen Leiters an dessen Oberfläche.
- Gegenfeld:Die getrennten Oberflächenladungen bauen im Hohlraum ein Feld auf, das dem äußeren entgegengerichtet ist.
- Superposition:Beide Felder addieren sich vektoriell, und das Gegenfeld wächst genau bis \(\vec E_\text{ges}=\vec 0\).
- Abschirmung:Im Inneren gilt daher \(E_\text{innen}=0\), unabhängig davon, wie stark das äußere Feld ist.
- Superpositionsprinzip
- Wirken an einem Ort mehrere Felder, so addieren sich ihre Feldstärken vektoriell zum Gesamtfeld — Richtung und Betrag zählen.
Faraday-Käfig: Im Inneren eines geschlossenen Leiters ist das elektrische Feld null: \(E_{innen}=0\). Der Leiter schirmt seinen Hohlraum vollständig gegen äußere elektrische Felder ab.
Der Effekt im Alltag
Beim Blitzschlag ins Auto fließt der Strom über die Karosserie außen herum zur Erde. Der Innenraum bleibt feldfrei — nicht die Reifen schützen, sondern die geschlossene Metallhülle.
| Beispiel | Was wird abgeschirmt |
|---|---|
| Auto / Flugzeug | Schutz der Insassen bei Blitzschlag |
| Mikrowellengerät | das Mikrowellenfeld bleibt im Gerät (Türgitter) |
| Abgeschirmtes Kabel (Koax) | Schutz des Signals vor Störfeldern |
| MRT-Raum / Messlabor | Fernhalten äußerer Störfelder |
Allgemeine Hinweise
Feldfrei heißt nicht ladungsfrei
Im Hohlraum gilt \(E_\text{innen}=0\), Ladung trägt der Käfig trotzdem — sie sitzt auf der Außenhaut. Null ist innen das Feld, nicht die Ladung.
Nicht die Reifen schützen
Beim Blitzschlag fließt der Strom außen über die Karosserie zur Erde. Geschützt wird durch die geschlossene Metallhülle, nicht durch die Gummireifen.
Gegenfeld wächst genau so weit
Es gilt \(\vec E_\text{ges}=\vec E_\text{außen}+\vec E_\text{gegen}=\vec 0\). Die Influenzladungen verschieben sich so lange, bis die Summe null ist — egal wie stark das äußere Feld wird.
