Sangkar Faraday

Sangkar Faraday atau tameng Faraday adalah sebuah ruang tertutup yang terbuat dari bahan-bahan penghantar listrik. Ruangan itu mampu merintangi medan listrik statik eksternal.
Medan listrik statik eksternal akan menyebabkan muatan listrik di dalam bahan yang konduktif untuk menyalurkan kembali diri mereka sendiri. Hal ini kemudian membatalkan efek medan listrik statik di bagian dalam sangkar. Efek ini bisa digunakan untuk melindungi peralatan elektronik dari sambaran petir dan lucutan/pengosongan (Bahasa Inggris: discharge) elektrostatis yang lain.
Pada tingkatan yang lebih luas, sangkar Faraday juga melindungi bagian interior dari radiasi elektromagnetik jika konduktor tidak cukup tebal dan lubang apapun jauh lebih kecil dari panjang gelombangnya radiasi. Sebagai contoh, prosedur tes komputer forensik komponen maupun sistem elektronik yang membutuhkan lingkungan tanpa gangguan elektromagnetik dapat dilakukan di dalam sebuah ruang cadar (Bahasa Inggris: screen room). Pada dasarnya ruang cadar adalah labolatorium atau wilayah kerja yang benar-benar tertutup oleh satu atau lebih dari satu lapisan jaringan logam halus atau pelat logam terperforasi. Lapisan logam dihubungkan ke permukaan bumi untuk menghilangkan arus listrik yang timbul dari medan elektromagnetik eksternal, dan dengan begitu merintangi gangguan elektromagnetik dalam jumlah besar. Aplikasi sangkar Faraday ini dijelaskan dalam penamengan elektromagnetik.

Sejarah

Tahun 1836, Michael Faraday mendapati bahwa muatan di sebuah konduktor bemuatan hanya berada di bagian luarnya dan tidak memengaruhi apapun yang berada di dalam konduktor tersebut. Untuk mendemonstrasikan fakta ini, dia membuat sebuah ruangan yang dilapisi dengan lembaran tipis dari logam dan mengatur agar lucutan bervoltase tinggi dari sebuah generator/pembangkit elektrostatis menyambar apapun yang berada di luar ruangan. Dengan menggunakan sebuah elektrometer, Faraday membuktikan tidak adanya muatan listrik di bagian dalamnya tembok ruangan itu.
Sebelumnya efek yang sama telah diprediksi oleh Francesco Beccaria (1716-1781) di Universitas Torino, seorang murid dari Benjamin Franklin, yang menyatakan bahwa ‘’semua listrik pergi ke permukaan bebasnya benda dan tidak tersebar ke substansi interiornya.” Kemudian, fisikawan dari Belgia bernama Louis Melsens (1814-1886) mengaplikasikan prinsip konduktor bercahaya. Konsep ini diteliti pula oleh Gauss (Permukaan Gauss).

Cara kerja sangkar Faraday

Sangkar Faraday dipahami sangat baik sebagai sebuah pendekatan ke konduktor berongga yang ideal. Medan listrik yang diaplikasikan secara eksternal menghasilkan gaya pada berbagai pembawa muatan (biasanya elektron) di dalam konduktor, menimbulkan arus listrik yang menyusun kembali muatan. Begitu muatan telah tersusun kembali, maka medan terapan di bagian dalam akan terhapus.
Jika muatan ditempatkan di dalam sebuah sangkar Faraday yang tidak dihubungkan ke tanah, maka permukaan bagian dalam sangkar akan bermuatan (caranya sama seperti muatan eksternal yang sudah dijelaskan sebelumnya) untuk mencegah eksistensi medan di bagian dalam tubuh sangkar. Namun, pemuatan permukaan bagian dalam ini akan mendistribusikan lagi muatan di dalam tubuh sangkar. Hal ini mengisi permukaan luar sangkar dengan muatan yang besarnya sama dengan permukaan bagian dalamnya sangkar. Begitu muatan internal dan permukaan bagian dalam saling menghapuskan, penyebaran muatan di permukaan luar tidak dipengaruhi oleh posisi muatan internal di dalam sangkar. Jadi sangkar akan menimbulkan medan listrik yang sama, hanya dengan diisi oleh muatan yang berada di bagian dalam.
Jika sangkar dihubungkan ke tanah maka kelebihan muatan akan pergi ke tanah, bukannya pergi ke permukaan luar. Jadi permukaan bagian dalam serta muatan internal akan saling menghapuskan dan bagian sangkar yang lain akan tetap netral.
Sangkar akan menghalangi medan listrik eksternal biarpun bagian dalamnya mengandung beberapa muatan dan sebuah medan listrik. Inilah sebuah konsekwensi dari asas superposisi dan fakta bahwa persamaan Maxwell adalah linear.
Sebuah sangkar Faraday takkan melindungi muatannya dari medan magnet statis. Namun, medan magnet yang berubah sangat cepat menciptakan medan listrik sesuai dengan persamaan Maxwell. Konduktor menghapuskan medan listrik dan dengan begitu menghilangkan pula medan magnet. Ketebalan dan tebal kulit material tembok mengatur frekuensi dimana sangkar menekan medan elektromagnet. Medan magnet yang statis atau berubah perlahan-lahan mampu menembus sangkar; berlawanan dengan medan magnet yang berubah dengan cepat.