ファラデーケージは、金属などの導体で囲まれた空間の内部に、外部の電場や一部の電磁波が届きにくくなる現象・構造です。

車に雷が落ちても中の人が比較的安全なのは、雷の電流が車体の外側を流れやすいからです。ゴムタイヤが雷を止めているわけではありません。

電子レンジの窓にある金属メッシュ、MRI室の電磁シールド、エレベーターでスマホが圏外になりやすい現象も、同じ物理で説明できます。ただし、ファラデーケージは万能ではなく、静磁場・低周波磁場・放射線まで何でも防げるわけではありません。

1. 金属で囲むと電場が内部に届きにくくなる

ファラデーケージとは、導体で囲まれた空間が外部の電場や電磁波を遮る仕組みです。名前は、19世紀の科学者マイケル・ファラデーに由来します。

ポイントは、金属の中にある自由電子です。

外から電場がかかると、金属内の自由電子が移動します。すると、導体の表面にプラス・マイナスの電荷分布が生まれ、外部電場を打ち消す向きの電場ができます。

外部電場がかかる
↓
導体内の自由電子が移動する
↓
表面に電荷が再配置される
↓
内部の合成電場がほぼゼロになる

つまり、電気的な影響が「消える」のではなく、導体の表面に逃げるように分布するのです。

この原理は、金属箱だけでなく、金属メッシュ、銅板で囲まれた部屋、車の金属ボディなどにも応用されています。

2. なぜ今この仕組みを知る意味があるのか

現代社会は、電磁波を使う技術の上に成り立っています。スマートフォン、Wi-Fi、Bluetooth、電子レンジ、ICカード、EV、医療用MRI、航空機、データセンターまで、電場・磁場・電波を理解しないと見えない仕組みが増えています。

一方で、雷のような自然現象も身近なリスクです。気象庁は、雷が海面・平野・山岳など場所を選ばず発生し、周囲より高いものに落ちやすいと説明しています。落雷は人命に関わる災害であり、屋外活動、登山、スポーツ、工事現場では特に重要です。

参考：気象庁「雷による災害」

また、米国のNational Weather Serviceは、金属製の屋根を持つ車は、窓を閉めた状態で車内にいる人を保護しやすいと説明しています。ただし、車そのものは損傷することがあります。

参考：National Weather Service “Lightning and Cars”

ファラデーケージを知ることは、雑学ではなく、雷のときの避難判断、家電の安全理解、通信トラブル、医療機器の仕組みを理解する入口になります。

3. 車が雷に比較的安全なのはゴムタイヤではなく金属ボディのおかげ

「車に雷が落ちても安全なのは、タイヤがゴムだから」と思われがちですが、これは大きな誤解です。

雷は空気を突き破って進むほどの高電圧現象です。数センチのゴムタイヤが雷を完全に止めると考えるのは無理があります。

車内が比較的安全になりやすい主な理由は、金属製の車体が電流を外側に流す構造になっているからです。

雷が車に落ちると、電流は車体の外側を通り、地面へ逃げようとします。乗員が車内にいて、金属部分に触れていなければ、雷の主要な通り道から外れやすくなります。

大切なのは、「車は絶対安全」ではなく、金属製の屋根とボディに囲まれた車内は、屋外に立っているより安全性が高いと理解することです。

4. 雷のとき車内でやってはいけないこと

雷のときに車へ避難する場合は、入り方と過ごし方にも注意が必要です。

基本行動はシンプルです。

金属製の屋根がある車に入り、窓を閉め、金属部分に触れず、雷が遠ざかるまで車内にとどまる。

特に、グラウンド、海辺、山頂、河川敷、ゴルフ場、キャンプ場のような開けた場所では、車が近くにあるなら早めの避難が重要です。

関連して、雷そのものの発生メカニズムを深く知りたい場合は「雷はなぜ発生するのか」と合わせて読むと理解しやすくなります。

5. 電子レンジの電磁波が漏れにくい理由

電子レンジの扉には、黒い点々のような金属メッシュがあります。これは中を見やすくするためだけではなく、マイクロ波を外へ出にくくするための構造です。

家庭用電子レンジは、一般に約2.45GHzのマイクロ波を使います。波長は次の関係で求められます。

波長 = 光速 ÷ 周波数

光速を約3億m/s、周波数を2.45GHzとすると、

300,000,000 ÷ 2,450,000,000 ≒ 0.122m

つまり、波長は約12cmです。

電子レンジの窓の金属メッシュは、この波長よりずっと小さい穴でできています。そのため、可視光は通って中が見える一方、マイクロ波は外へ出にくくなります。

ここで重要なのは、「絶対に漏れない」ではなく、安全基準内に抑えられているという表現です。FDAは、電子レンジの漏洩について、製品寿命を通じて表面から約2インチの距離で1平方センチメートルあたり5mW以下という基準を示しています。また、距離が離れるほどマイクロ波の強度は大きく低下します。

参考：FDA “Microwave Ovens”

扉が変形している、閉まりにくい、パッキンが破損している、異常音がする場合は、使用を中止して点検や買い替えを検討すべきです。

6. MRI室はなぜ金属で囲まれているのか

病院のMRI室にも、ファラデーケージの考え方が使われています。

MRIは、強い磁場と電波を使って体内の情報を画像化する装置です。MRIが受け取る信号は非常に微弱なので、外部の電波ノイズが入ると画像に線状のアーティファクトが出たり、診断に必要な画質が下がったりすることがあります。

2024年のMRIに関するレビューでも、RF干渉はMRI画像に明るい線や帯のようなアーティファクトを生じさせ、診断評価を妨げる可能性があると説明されています。

参考：Radiofrequency interference in magnetic resonance imaging

そのため、MRI室は銅板や導電性パネルで囲まれ、外部のRFノイズを遮る構造になっています。

ただし、ここでも誤解があります。MRI室の金属シールドは、主に外部電波ノイズを防ぐためのものです。MRI装置が作る強い静磁場そのものを、普通の金属板で消しているわけではありません。

静磁場の安全管理には、入室制限、磁性体の持ち込み禁止、装置配置、専用の磁気シールドなど、別の対策が必要です。

7. スマホがエレベーターや地下で圏外になりやすい理由

エレベーターや地下でスマホの電波が弱くなるのも、不完全なファラデーケージ的な作用で説明できます。

スマホは基地局と電波で通信しています。しかし、周囲が金属や鉄筋コンクリートで囲まれていると、電波が反射・吸収・遮蔽され、通信が不安定になります。

ただし、エレベーターや地下空間は完全なファラデーケージではありません。

• ドアのすき間がある
• ガラスや樹脂部分がある
• 配線・換気口・開口部がある
• 施設内アンテナが設置されている場合がある
• 4G、5G、Wi-Fiで周波数が違う

そのため、「通話はできるが動画は重い」「4Gは入るが5Gは不安定」「同じ場所でもキャリアによって違う」といった差が起きます。

ファラデーケージの効果は、オン・オフのように単純ではありません。多くの場合、電波がどれくらい弱くなるかという程度の問題として現れます。

8. 完全なケージと不完全なケージの違い

ファラデーケージは、金属で囲めば何でも完璧に働くわけではありません。性能は、材料・すき間・穴・周波数・接地によって変わります。

実務上は、遮りたい電磁波の波長に対して、穴やすき間を十分小さくする必要があります。たとえば、2.4GHz帯の電波は波長が約12.5cm、5GHz帯では約6cmです。同じ穴でも、周波数が高くなるほど通りやすさが変わります。

つまり、重要なのは「金属かどうか」だけではありません。

何を遮りたいのか。どの周波数なのか。どこにすき間があるのか。

この3つで遮蔽性能は大きく変わります。

9. 効かないものもある

ファラデーケージは便利ですが、万能シールドではありません。

特に注意したいのが、静磁場・低周波磁場・放射線です。

なぜなら、ファラデーケージの基本は、導体表面の電荷移動によって電場を打ち消す仕組みだからです。永久磁石のような静磁場は、普通の金属箱で囲っても大きくは遮れません。

磁場を弱めたい場合は、ミューメタルのような高透磁率材料、専用の磁気シールド、超伝導シールド、アクティブ補償など、別の技術が必要です。

また、X線やガンマ線のような高エネルギー放射線を防ぐには、鉛、コンクリート、水など、放射線の種類に応じた遮蔽材が必要です。電磁波という言葉が同じでも、電子レンジのマイクロ波と放射線では扱いがまったく違います。

10. 家で試せる簡単な実験

ファラデーケージの考え方は、家庭でも安全な範囲で確かめられます。

一番簡単なのは、スマホを金属製の缶やアルミホイルで包む実験です。

ただし、結果は毎回同じとは限りません。缶にすき間がある、フタの接触が弱い、アルミホイルに破れがある、基地局との距離が近い、Wi-Fiと携帯回線で周波数が違うなどの条件で変わります。

注意点もあります。

• 緊急通報が必要な端末では試さない
• 業務用スマホでは試さない
• 電子レンジにスマホを入れて実験しない
• 充電中の端末を金属で包まない
• バッテリーが熱を持つ状態で行わない

この実験でわかるのは、ファラデーケージが「完全遮断装置」ではなく、条件によって電波を弱める構造だということです。

11. よくある質問

Q. 車に雷が落ちても本当に安全ですか？

金属製の屋根とボディを持つ車内にいて、窓を閉め、金属部分に触れていなければ、屋外に立っているより安全性は高いと考えられます。ただし、100%安全ではありません。車両の電装系やタイヤ、ガラスが損傷することもあります。

Q. タイヤがゴムだから雷を防げるのですか？

違います。主な理由は、金属ボディが雷の電流を外側に流しやすいことです。雷は非常に高電圧なので、ゴムタイヤだけで安全になるわけではありません。

Q. 電子レンジの前に立つのは危険ですか？

基準を満たした製品を正しく使う限り、漏洩は厳しく制限されています。ただし、扉の変形、パッキンの破損、扉が閉まりにくいなどの異常がある場合は使用を中止してください。

Q. アルミホイルでスマホを包むと圏外になりますか？

条件がよければ電波はかなり弱くなります。ただし、包み方、すき間、破れ、周波数、基地局との距離によって結果は変わります。

Q. ファラデーケージは磁石の力も防げますか？

普通の金属箱では、永久磁石のような静磁場は防ぎにくいです。磁場を遮りたい場合は、高透磁率材料など専用の磁気シールドが必要です。

Q. 放射線も防げますか？

基本的には別問題です。X線やガンマ線を防ぐには、鉛やコンクリートなど、放射線の種類に応じた遮蔽材が必要です。詳しくは「放射線・放射能・放射性物質の違い」と合わせて理解すると整理しやすくなります。

Q. 電磁シールドとファラデーケージは同じですか？

重なる部分はあります。ファラデーケージは導体で囲んで電場や電磁波を遮る代表的な仕組みです。電磁シールドはより広い言葉で、材料、構造、接地、フィルタ、磁気シールドなども含みます。

12. まとめ

ファラデーケージは、導体で囲まれた空間の内部に、外部の電場や一部の電磁波が届きにくくなる仕組みです。外部から電場がかかると、導体内の自由電子が移動し、表面に電荷が再配置され、内部の電場を打ち消します。

車に雷が落ちても中の人が比較的安全なのは、ゴムタイヤではなく、金属ボディの外側を電流が流れやすいからです。電子レンジの金属メッシュは、マイクロ波の波長より小さな穴で電磁波を外に出にくくしています。MRI室では、外部のRFノイズを防ぐためにシールドルームが使われます。

一方で、ファラデーケージは万能ではありません。すき間、穴、配線、周波数、接地によって性能は変わります。永久磁石のような静磁場や、X線・ガンマ線のような放射線には、別の遮蔽技術が必要です。

身近な疑問を物理の原理で説明できるようになると、雷、家電、スマホ通信、医療機器、安全対策の見え方が変わります。こうした科学の基礎を少しずつ学び直したい人には、完全無料で利用でき、学習行動がユーザーに還元される共益型プラットフォームのDailyDropsも、学習の選択肢の一つになります。

大切なのは、用語を丸暗記することではありません。「何が流れているのか」「どこを通るのか」「何を遮りたいのか」を考えることです。その視点があれば、ファラデーケージは単なる科学用語ではなく、日常の安全とテクノロジーを読み解く道具になります。