Kooi van Faraday

Een willekeurig gesloten oppervlak ${\displaystyle S}$ aan de binnenste rand omsluit geen lading, dus het netto aantal veldlijnen dat ${\displaystyle S}$ betreedt en verlaat is nul. Voor het gedeelte in de geleider geldt ${\displaystyle {\vec {E}}={\vec {0}}}$, dus daar zijn geen veldlijnen door ${\displaystyle S}$. Dit betekent dat er vanuit het inwendige geen veldlijnen ${\displaystyle S}$ kunnen betreden

Werking van de kooi van Faraday

Wanneer een geleidend omhulsel in een elektrisch veld wordt geplaatst, oefent het elektrische veld een kracht uit op een ladingsdrager met lading ${\displaystyle q}$ in het omhulsel, gegeven door: ${\displaystyle {\vec {F}}=q{\vec {E}}}$. Aangezien positieve en negatieve ladingsdragers een verschillend teken voor ${\displaystyle q}$ hebben, zal de kracht op ladingsdragers van verschillend teken tegengesteld zijn, waardoor de ladingsdragers uit elkaar worden geduwd. Door deze ladingsverdeling, wordt een secundair elektrisch veld opgewekt. Wanneer we nu kijken naar de elektrische flux voor een gesloten oppervlak ${\displaystyle S}$ dat een deel van het omhulsel bevat en een deel van het inwendige met in dat gebied een totale lading ${\displaystyle Q_{omvat}}$, geldt hiervoor volgens de wet van Gauss:

${\displaystyle \oint _{S}{\vec {E}}\cdot d{\vec {A}}={\frac {Q_{omvat}}{\epsilon _{0}}}}$

Aangezien we te maken hebben met elektrostatica is het elektrische veld en daarmee ook de flux in de geleider altijd nul. Daarbij komt dat ${\displaystyle S}$ geen lading omsluit (deze zit aan de rand), dus moet gelden voor de elektrische flux in het inwendige:

${\displaystyle \int {\vec {E}}\cdot d{\vec {A}}=0}$

Dit betekent dat het secundaire elektrische veld het oorspronkelijke veld moet opheffen, zodat er in totaal geen elektrisch veld meer binnen de geleider is[1]

Indien voor hoge frequenties afscherming nodig is, dient men in geval van gaas de wanden te voorzien van metaal met een maaswijdte kleiner dan de golflengte, of het omhulsel volledig te vervaardigen van geleidende platen. Voor kritische elektronische onderdelen worden voor dit doel wel kleine metalen dozen gebruikt. Het is dan van belang dat de deksel met veel geleidende lipjes goed contact maakt langs de hele omtrek van de doos.

Kooi van Faraday voor MRI-scanner

• Magnetrons bestaan uit een metalen kast, met aan de voorzijde een doorzichtige deur waar een metaalfilm is opgedampt, met gaatjes om hem doorzichtig te maken. Zij vormen dus een kooi van Faraday, om te voorkomen dat elektromagnetische straling naar buiten ontsnapt. Door reflectie aan de geleidende omhulling ontstaat een patroon van knopen en buiken door staande golven. De golflengte is circa 12 cm, dus om de drie centimeter wisselen buiken en knopen elkaar af. Daarom is het nodig het voedsel rond te draaien. Bij de knopen wordt het voedsel namelijk niet verhit. Ook draait er een metalen fan rond die het patroon van knopen en buiken continu verandert.
• De ruimte waarin een MRI-scanner staat is afgeschermd met een kooi van Faraday. Het is wel nodig om de ongewenste staande golven door de reflecties van de radiostraling binnen de kooi te dempen, daarvoor zijn speciale maatregelen nodig.[2]
• Noodzendertjes voor vliegers bij de Koninklijke Luchtmacht worden afgeregeld en gecontroleerd in een elektromagnetisch dode ruimte, omdat alle vliegtuigontvangers altijd luisteren naar twee noodkanalen en een testsignaal niet geïnterpreteerd mag worden als noodoproep van een verongelukte vlieger.