by Jan Frederik Bruns

Dieser Studienhelfer beschäftigt sich mit dem Thema Spannung. Elektrische Spannung lässt sich gut mit dem Faradayschen Käfig oder mit Hochspannungslaboren veranschaulichen.

Faradayscher Käfig
Der Faradaysche Käfig ist eine komplett verschlossene Hülle aus einem metallischen Leiter, welcher entweder zum Schutz von innen vor außen oder von außen vor innen wirkt. Das Verschwinden des elektrischen Feldes innerhalb der Hülle wurde allerdings bereits von Benjamin Franklin ein Jahrhundert vor Faraday, entdeckt. Konkret bedeutet dies, dass wenn ein Blitz in ein Auto oder Flugzeug einschlägt, der Faradaysche Effekt den Innenraum vor dem Blitzeinschlag schützt. Im Auto ist man sicher, jedoch sollte man nicht die Arme aus den Fensteröffnungen strecken.

Wirkweise Faraydayscher Käfig
Bei zeitlich veränderten elektrischen Vorgängen zeigt der Käfig einen Abschirmwirkung. Bei statischen oder sich langsam verändernden Feldern wie das Erdmagnetfeld tritt diese Abschirmwirkung nicht zutage. Das Wirkprinzip des Käfigs ist die elektromagnetische Induktion, auch Influenz genannt.

Praktischer Nutzen
Faradaysche Käfige werden beispielsweise bei Rettungsbaken genutzt. Rettungsbaken sind Gitterkäfige auf hohen Pfosten, in denen man bei Seenot (z.B. bei auflaufender Flut im Watt) vor dem Wasser Schutz finden kann. Die Bake schützt gleichzeitig nicht nur vor dem Wasser, sondern durch den Metallkäfig auch vor Blitzeinschlag. Rettungsbaken sind an der deutschen Nordseeküste vor Cuxhaven zu finden und in Seekarten eingezeichnet. In Hochspannungslaboren wird das umgekehrte Prinzip angewendet: Das Äußere, welches sich außerhalb des Metallkäfig befindet und was es zu schützen gilt, wird vor den Hochspannungen im Inneren (der Hochspannungsexperimente) geschützt.
Faradaysche Käfige können jedoch auch zum Problem werden. Als Beispiel sei genannt, dass die Deutsche Bahn Schwierigkeiten beim Handyempfang in den Zügen aufgrund metallbedampfter Scheiben hat. Diese bilden zusammen mit dem Waggon einen gut abgeschirmten Faradayschen Käfig, so dass über Mobilfunk Repeater der Handyempfang verstärkt werden muss. An einer Lösung für die Scheiben wird gearbeitet.

Die Person Faraday
Michael Faraday lebte von 1791 bis 1876. Er war englischer Naturforscher und entdeckte die elektromagnetische Induktion, womit er den Grundstein für die Herausbildung der Elektroindustrie bildete. Elektromagnetische Induktion bedeutet, dass durch Bewegung von Magneten eine elektrische Spannung erzeugt wird. Technische Anwendungen der elektromagnetischen Induktion zeigen sich in Mikrophonen, RFID Tags, Induktionsgebern (Drehzahlsensor im KFZ), Transformatoren sowie in Linearbeschleunigern.