Faradayscher Käfig - einfach und anschaulich erklärt

In diesem Video geht es um ein Experiment zum Faraday’schen Käfig. Im Experiment wird zunächst ein PVC-Stab an einem Wolltuch gerieben und dadurch negativ aufgeladen. Im Anschluss hält man den negativ geladenen PVC-Stab über ein Elektroskop. Der Zeiger des Elektroskops schlägt aus. Dann stülpt man ein Metallgitter über das Elektroskop. Hält man den negativ geladenen PVC-Stab nun über das Elektroskop schlägt der Zeiger nicht aus. Wie kann man das erklären? Schauen wir uns das ganze in der Animation an. Zunächst gehen einige Elektronen vom Wolltuch auf den PVC-Stab über. Hält man den negativ geladenen PVC-Stab über das Elektroskop, so drückt dieser aufgrund der abstoßenden Kraft einige freie Elektronen in den unteren Teil des Elektroskops. Der untere Teil des Elektroskops ist nun negativ und der obere positiv geladen. Da sich gleichnamige Ladungen abstoßen, schlägt der Zeiger aus. Stülpt man nun ein Gitter über das Elektroskop so werden im Gitter einige freie Elektronen nach unten gedrückt. Der untere Teil des Gitters ist dadurch negativ und der obere Teil des Gitters folglich positiv geladen. Die Elektronen sind in diesem Fall die blauen Kreise. Somit ist der obere Teil des Käfigs positiv und der untere Teil negativ geladen. Doch wiese schlägt das Elektroskop nicht mehr aus? Schauen wir uns dieses aus anschaulichen Gründen in einer separaten Zeichnung an. Der negative PVC-Stab ist von einem elektrischen Feld umgeben. Die Feldlinien zeigen hin zu den negativen Ladungen, hier gelb eingezeichnet. Der Käfig hat im oberen Teil einen Elektronenmangel, ist dort also positiv geladen und im unteren Teil einen Elektronenüberschuss. Der untere Teil ist folglich negativ geladen. Dadurch entsteht ein zweites elektrisches Feld im Inneren des Käfigs, dass vom oberen positiven Teil zum unteren negativen Teil zeigt, hier orange eingezeichnet. Dadurch gibt es zwei elektrische Felder, die im Inneren des Käfigs wirken. Da diese beiden elektrischen Felder im Inneren des Käfigs gleich stark sind, jedoch in entgegengesetzte Richtungen zeigen, heben sie sich gegenseitig auf. Der Raum im Inneren des Käfigs ist also feldfrei. Dadurch wirkt auf die Ladungen im Elektroskop keine Kraft und die Elektronen im Elektroskop verschieben sich nicht. Deshalb schlägt das Elektroskop nicht aus.