ファラデーケージとグラウンドの接続に関する質問

質問

http://oshiete1.goo.ne.jp/qa4998909.html

ここで一度質問させて頂いたのですが、よく分からなかったのでもう一度質問させて下さい。

No1さんのご回答で、
「ファラデーケージはグラウンドに接続した状態で使用されますが、静電シールド
に対してはグラウンドに接続しなければ効果が無くなりますが、電磁シールドに
関しては効果があります。」

とのことですが、No2さんのご回答では
「ケージを内部回路のグラウンドにつながなくても、内部回路からケージ外へ信号線や電源線が出ていないなら、ケージの遮蔽効果は変りません。」あります。

これは矛盾するのではないのでしょうか？

No1さんの回答では、飛行機が落雷を受けても中の人が感電しないのは、内部回路のグラウンドと飛行機の筐体を接続しているからだ、ということですが、
No2さんの回答によれば、飛行機のように中の回路を外にケーブルなどで出していなければ、内部回路と筐体は接続しなくても、落雷を受けても問題ないということではないのでしょうか？

一体どちらの回答が正しいのでしょうか？

回答No.3

KEN_2 · ベストアンサー

No2 です。

>内部回路のグラウンドと筐体を接続するメリットは、グラウンドを大きくとれるということだけだということでしょうか？
いいえ。
内部回路のグラウンド電位を筐体と接続することで、シールド板が内部回路を囲むので
内部回路同士の干渉を防ぐ働きをします。
装置内部からみれば、ファラデーケージのアースを取っている状態と等価になります。
（筐体が大地で内部のグランドパターン・シルド板がファラデーケージと考える。）

>なぜ一方通行になるのでしょうか？
＊電荷の発生源がケージより小さい状態を前提として、
１．内部に電荷がある場合ケージの内側に逆電位が誘起され、外側に同電位が発生して
　外部に影響します。
２．外部に電荷が配置された場合、ケージの反対側（電荷に遠い方）に誘起してケージ
　内側と外側は同電位になります。
　よって、外部からの影響は軽減されます。
＊内部の電荷をアースするのがファラデーケージで静電シールドと考えると宜しいでしょう。

回答No.5

veryyoung

シールド箱の内部と外部にダイポールアンテナを置き、具体的に考えてみてください。内部を駆動しても外部のアンテナに電流が流れる事はありませんし、外部を駆動しても内部のアンテナに電流が流れる事はありません。そしてまた、この事は添付図中に示す赤線の接続、６ヶ所の有無に依存しません。

シールド導体中の自由電子は、その導体に沿った電界を零に維持するよう配置を変えます。それによって内部で作り出した電界は外部には生じませんし、外部で作り出した電界は内部には生じません。単にこの規則があるだけです。接地の有無に関わらず、図中の電流計に誘導電流を流すような電界は、受信アンテナ周囲に存在しません。

ところで、シールドが不十分な場合も考えてみましょう。E1に対しI1、E2に対しI2が生じたとしましょう。系が同一構造である事を条件に、E1 / I1 = E2 / I2 が成り立ちます。嘘のように簡単な規則です。相反定理、可逆定理などと呼ばれます。回路網のインピーダンス行列は対称になる、あるいは、伝達インピーダンスの双方向は等しいと言っても良いでしょう。能動素子を含まない、つまり受動要素（ただしジャイレーターは除く）のみから構成される電気現象の一般法則です。「一方通行」は有り得ません。

疑問にお答えする事が出来たでしょうか、影響を与える側を電圧源、受ける側を電流計のようにして、具体的にあなたのシールド条件を絵にしてもらえれば、もっと内容のある議論ができるかもしれません。

回答No.4

sawa001

ケージ内部の電荷が電気双極子である場合には、ケージを何にも接続しなくても、ケージ内部で電界は閉じますので、ケージの外に漏れることはありません。
普通、電気電子機器が外部に電磁波を放射するメカニズムは、電気双極子の振動ないしは回転と考えることができます。

ケージ内部の電界が単極性の電荷である場合、電気力線はケージの外に出ていきます。ケージ内部の物体の基準電位をケージにつないでもつながなくても同じことになります。この場合はケージを外部の基準電位に接続(アース)しないと遮蔽効果はありません。
しかし、ケージ内部の物体が単極性に帯電することは、ケージに入れる前にその物体が帯電していたか、ケージ内部の物体が電子線やイオンなどの荷電粒子をケージ外に放出するようなものでもない限りありえません。このようなケースは通常考慮する必要はないでしょう。

回答No.2

KEN_2

前回の No1 です。
説明が不十分であった点を補足します。

１．雷雲が飛行機の近くにある場合は、誘起電圧が発生した静電シールドの状態で、
２．落雷が飛行機を直撃し雷電流が流れた状態は衝撃電流で高調波成分を多数含んだ
　電磁波です。
＊この落雷電流は飛行機の金属部分（機体の外装）が流れ易いので、雷雲→稲妻→
　機体→稲妻→大地 への電流流路となります。
　機体内へは影響がないので電磁シールドといえますが、機体が雷電流で高電位に
　なり無線機のアンテナへ誘導した雷電流で通信機や航法測定器などが故障する
　ことが多々あります。

#雷雲と雷電流は直流ですが、流れる電流は直流でも単時間に急激な変化がある
のでサージ電流（高調波を多数含んだパルス）と考えてください。
　基本的な部分は今回の No1 さんの説明を参照ください。

お礼

すいません、質問に質問を重ねて申し訳ないのですが、後２つ質問させて下さい。

内部回路のグラウンドと筐体を接続するメリットは、グラウンドを大きくとれるということだけだということでしょうか？

それと、No1さんの回答で、筐体をアースと接続しなかった場合、外部からの電場、電磁波は防げるけれども内部からのものは遮蔽することは出来ない、
ということなのですが、なぜ一方通行になるのでしょうか？

回答No.1

rnakamra

ファラデーケージでの静電シールドを考える場合、外側→内側のシールドと内側→外側のシールドでは全く話が違ってきます。
内側の電荷からの電気力線を遮蔽する場合にはケージをアースに落とす必要がありますが、外側の電荷からの電気力線が内側に入り込むのを遮蔽するにはアースの有無は関係しません。アースを取っていなくても遮蔽されます。

ケージの内側の回路からの電気力線を遮蔽するには、回路全体をケージで覆い、そのケージをアースに落とさなくてはいけません。
(アースとは回路のグランドのことではなく、無限遠点の電位のことで通常は接地極をさす)
ケージの内側の回路を外からの静電場から遮蔽するには囲ってありさえすればよく、アースを取る必要はありません。