Intorno al 1837 Michael Faraday (1791-1867) sperimentò con vari animaletti - uccellini, topolini - chiusi in una gabbia metallica che collegava a un generatore elettrostatico che applicava alla gabbia una tensione di qualche centinaio di KV. Nessun effetto apparente veniva osservato sugli animaletti. Posto un elettroscopio all'interno della gabbia, esso rimaneva inerte, indicando che il campo elettrico all'interno della gabbia era assolutamente nullo.

Una gabbia di Faraday è quindi un conduttore cavo, non necessariamente continuo, quando venga impiegato allo scopo di preservare dai campi elettrici esterni ciò che si pone al suo interno. Reciprocamente, se all'interno di una gabbia di Faraday si pone un corpo carico, nessun effetto verrà risentito all'esterno. Un tale conduttore cavo è quindi un quasi perfetto schermo elettrostatico. Inoltre, se una carica elettrica viene a contatto con la parete interna della gabbia, essa si propaga istantaneamente alla parete esterna, lasciando la parete interna completamente scarica. Questi fatti sono facilmente verificabili sperimentalmente. Nella fotografia della gabbia di Faraday, scattata nel nostro laboratorio,

Una gabbia di Faraday collegata ad un generatore di 80 KV

si vede che le striscioline di carta velina gialla collegate all'esterno della gabbia, che è collegata a un generatore da 80 KV (1), indicano la presenza delle cariche, mentre un uguale fascio di foglioline collegate all'interno indica carica nulla. Nella seconda fotografia “Scariche”, che rappresenta uno show che viene presentato a ore fisse nel Museo della Scienza di Boston (Ma, U.S.A.), si vede un uomo all'interno di una gabbia colpita da innumerevoli scariche a tensioni di milioni di Volt: l'uomo resta incolume.

Scariche ad altissima tensione contro una Gabbia di Faraday

Applicazioni della gabbia di Faraday

1. In generale ogni volta che occorre una schermatura contro perturbazioni elettromagnetiche.

2. Nei circuiti elettronici. L'elettronica contemporanea non esisterebbe nelle forme compatte che conosciamo - telefonini, lettori portatili di CD o di file MP3, lettori di DVD, televisori ecc. ecc. - se non esistesse l'effetto della gabbia di Faraday. Basta smontare un telefonino per vedere che il circuito è fatto di tante scatolette metalliche al cui interno sono posti i delicati circuiti che non devono venire influenzati dai circuiti vicini (né venirne influenzati): il trasmettitore non deve influenzare il ricevitore ecc.

Scheda di un circuito elettronico dove si vedono varie Gabbie di Faraday che servono da schermatura

Apparecchio elettronico nel quale i circuiti come quello della fotografia precedente sono a loro volta racchiusi dentro scatole metalliche chiuse schermanti

3. Protezioni contro i fulmini. Normalmente i viaggiatori di un aereo o di un'automobile, colpiti da un fulmine, ne escono illesi. Nelle costruzioni di cemento armato l'armatura di tondini di ferro costituisce una efficace protezione contro i fulmini.

4. Uso di cavi schermati per trasportare piccoli segnali. Esempio i cavi coassiali delle discese di antenna dei televisori, o i cavetti schermati per il collegamento di sorgenti audio ad amplificatori ecc.

Inconvenienti

Nella verniciatura a spruzzo di parti con angoli interni o anfratti, l'effetto gabbia di Faraday si manifesta negativamente. Infatti è come se uno schermo elettrico invisibile impedisse alle particelle di vernice, che si sono caricate elettricamente per strofinio al passaggio nell'ugello dello spruzzatore, di raggiungere gli angoli interni e i recessi, cosa che provoca corrosione prematura assai nociva.

(1) Per la costruzione di un semplice generatore di altissime tensioni vedi ad esempio ai punti 7 ed 8 della pagina http://www.pegna.com/page006.htm. Vedi anche: G. Pegna, P. Grosso, Una macchina elettrostatica…statica, La Fisica nella Scuola XXXVI n.3, p. 115 (2003).