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Cage de Faraday : définition et fonction

Cage de Faraday : définition et fonction

Une cage de Faraday est une structure en forme de boîte ou de cage faite d'un matériau électriquement conducteur, tel que le cuivre ou le fer, qui empêche les champs électriques statiques de pénétrer à l'intérieur de la cage. La cage de Faraday porte le nom de son inventeur, Michael Faraday.

La cage est perméable aux champs magnétiques statiques tels que le champ magnétique terrestre et aux champs électriques externes. Pour cette raison, la cage de Faraday offre une protection contre les dé charges électriques statiques telles que la foudre lors d'un orage.

En pratique, le terme « cage de Faraday » est utilisé aujourd'hui principalement pour les pièces qui excluent les ondes électromagnétiques. Ces espaces deviennent des espaces morts sans champs électromagnétiques.

En règle générale, une cage de Faraday est imperméable au rayonnement électromagnétique si la taille de sa maille métallique est inférieure au dixième de la longueur d'onde de ce rayonnement.

Si la longueur d'onde d'une cage de Faraday est supérieure à la taille du maillage métallique, il ne sera pas possible de recevoir ou de transmettre des signaux radio à l'intérieur de la cage.

Comment fonctionne la cage de Faraday ?

La cage de Faraday fonctionne grâce aux propriétés d'un conducteur électrique en équilibre électrostatique. Dès qu'un champ électrique extérieur entre en contact avec la cage, les charges électriques positives se fixent. Cependant, les électrons libres dans un métal commencent à se déplacer à partir d'un atome poussé par la force du champ électrique

Cage de Faraday : définition et fonctionLes électrons, ayant une charge négative, se déplacent dans la direction opposée au champ électrique. Bien que la charge électrique totale du conducteur soit nulle, un excès de charge négative est concentré sur un côté de la cage et le côté opposé reste chargé positivement. Ce mouvement d'électrons provoque la création d'un champ électrique de sens opposé au champ extérieur à l'intérieur de la boîte.

Le résultat des deux champs électriques en sens inverse fait qu'à l'intérieur, le champ électrique est nul. À l'intérieur de la boîte, il n'y a pas de champ électrique et donc aucune charge ne peut la traverser.

Exemples de cage de Faraday au quotidien

 

  • Les fours à micro-ondes sont constitués d'un boîtier métallique, avec une porte transparente à l'avant où un film métallique a été déposé, avec des trous pour le rendre transparent. Cette structure forme une cage de Faraday pour le rayonnement micro-ondes. Le rayonnement micro-ondes a une longueur d'onde d'environ 12 centimètres, ce qui est trop long pour s'échapper par les trous.

  • La structure métallique d'un avion forme une cage de Faraday. Pour cette raison, si un avion est frappé par la foudre , les passagers ne perçoivent aucun champ électrique.

  • La salle dans laquelle se trouve un scanner IRM est protégée par une cage de Faraday.

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Date de publication : 12 janvier 2022
Dernier examen : 12 janvier 2022