Genialny naukowiec i wynalazca XIX wieku, Michael Faraday, znany jest ze swojej aktywnej pracy z elektrycznością, polem elektromagnetycznym i powiązanymi zjawiskami fizycznymi. Jednym z najważniejszych odkryć była konstrukcja ochronna zwana klatką Faradaya. Poniżej zrozumiemy, co to jest i jaką wartość praktyczną reprezentuje wynalazek.
Zawartość
Co to jest klatka Faradaya?
Klatka Faradaya to pudełko ze ściankami wykonanymi z bardzo przewodzącego metalu. Konstrukcja nie wymaga zewnętrznego podłączenia zasilania, ale z reguły jest uziemiona. Fizyczne działanie komórki przejawia się pod wpływem czynnika zewnętrznego, jakim jest promieniowanie elektromagnetyczne.
Pierwsze konstrukcje demonstrujące efekt ekranowania wyglądały jak zwykła komórka, co dało nazwę temu zjawisku.W rzeczywistości druciane lub perforowane ścianki „pudełka” są wygodne do wizualnej kontroli obiektów lub urządzeń znajdujących się w ograniczonej przestrzeni, ale można je łatwo zastąpić solidnymi. Najważniejsze, że materiał jest przewodzący.
Zasada działania
Działanie klatki Faradaya polega na tym, że ładunek wchodząc do przewodnika jest rozprowadzany na jego powierzchni, podczas gdy wnętrze pozostaje obojętne. W rzeczywistości całe ogniwo, składające się z materiału przewodzącego, jest pojedynczym przewodnikiem, którego „końce” uzyskują przeciwny ładunek. Powstały prąd elektryczny tworzy pole, które kompensuje wpływy zewnętrzne. Natężenie pola elektrycznego w wewnętrznej części takiej konstrukcji wynosi zero.
Co ciekawe, jeśli pole jest generowane wewnątrz komórki, to efekt również działa. Jednak w tym scenariuszu ładunek zostanie rozłożony na wewnętrznej powierzchni siatki lub innej przewodzącej płaszczyźnie i nie będzie mógł przedostać się na zewnątrz.
W terminologii angielskiej CF brzmi jak „tarcza Faradaya”, czyli „tarcza / ekran Faradaya”. Ta koncepcja dobrze oddaje istotę urządzenia, które podobnie jak tarcza lub ekran ochronny odbija promienie wpływające na jego zawartość.
Należy pamiętać, że efekt ekranowania działa tylko przy zmiennym polu magnetycznym. Nie zakłóca stałego lub nieznacznie zmiennego efektu magnetycznego, na przykład naturalnego potencjału magnetycznego Ziemi.
Aby ustalić, czy komora Faradaya będzie odbijać promieniowanie o wysokiej częstotliwości, wystarczy znać wielkość komórek siatki (jeśli część przewodząca jest wykonana w formie klatki) oraz długość fali działającej fali.Konstrukcja jest skuteczna, jeśli druga wartość jest większa od pierwszej.
Sfery zastosowania efektu CF
Odkryty przez Faradaya efekt ma nie tylko znaczenie naukowe, ale także dość szerokie zastosowanie praktyczne. Najprostszy przykład klatki Faradaya można znaleźć w życiu codziennym, jest ona obecna w prawie każdej kuchni - to kuchenka mikrofalowa. Pięć ścianek jej korpusu wykonano z dość grubych płyt stalowych, a pomiędzy dwiema warstwami szyby w drzwiach znajduje się metalowa warstwa z perforacjami dla lepszej widoczności.
Kabina RF
Kabina radiofalowa to pomieszczenie odizolowane od skutków emisji elektrycznej, magnetycznej i radiowej, zwykle o niewielkiej powierzchni. Jej ściany, podłoga i sufit są wyposażone w wysoce przewodzące kraty, które tworzą zamkniętą, ale niewidoczną klatkę.
Pokoje do rezonansu magnetycznego
Sprzęt o wysokiej precyzji, taki jak tomograf medyczny do diagnostyki rezonansu magnetycznego, wymaga starannej ochrony przed zewnętrznymi falami elektromagnetycznymi. Najmniejszy wpływ z zewnątrz może wpłynąć na wynik badania, dlatego pomieszczenie, w którym znajduje się aparat do rezonansu magnetycznego, jest całkowicie osłonięte.
Laboratoria
W badaniach laboratoryjnych, w celu uzyskania dokładnych wyników, ważne jest nie tylko stosowanie zaawansowanego sprzętu, ale także niezawodna jego ochrona przed czynnikami zewnętrznymi, takimi jak pola magnetyczne i elektryczne.
Należy rozumieć, że dotyczy to nie tylko promieniowania kierunkowego z określonych źródeł, ale także szumu elektromagnetycznego, który jest stale obecny w atmosferze, zwłaszcza na terenach zaludnionych i w ich sąsiedztwie.
Do wysokiej jakości ekranowania urządzeń z efektem CF wymagane są specjalistyczne obliczenia projektowe i profesjonalny montaż.
Kombinezony ochronne
Dla osób pracujących w obszarach o wysokim prawdopodobieństwie porażenia prądem opracowano specjalne kombinezony. Ich górna warstwa wykonana jest z tkaniny zawierającej metal i jest oddzielona od korpusu materiałem izolacyjnym. W przypadku szczątkowego prądu statycznego lub elektrycznego ładunek spływa po zewnętrznej powłoce zestawu.
Podczas pracy z liniami wysokiego napięcia niezbędna jest odzież ochronna. Nawet bez zasilania, zachowują niebezpieczny poziom ładunku statycznego z powodu wielu kilometrów przewodów elektrycznych.
W świecie rozrywki
Efekt CF, barwnie wyeksponowany na scenie, jest bardzo widowiskowy. W tym przypadku często stosuje się nie zwykłą klatkę, ale pozornie nieważką skorupę wykonaną z grubej siateczki, czy nawet specjalnie zaprojektowany garnitur przypominający zwykłe ubrania. W tym przypadku prąd jest dostarczany jak najskuteczniej, na przykład za pomocą cewek Tesli lub podobnych urządzeń, które wytwarzają ładunek z generatora elektrostatycznego.
Robienie klatki Faradaya własnymi rękami
W życiu codziennym produkcja domowej roboty CF może być konieczna, aby „ukryć” gadżety przed działaniem różnych fal, które mogą powodować zakłócenia we wrażliwym elektronicznym „wypychaniu”.
Przykładem takiego projektu jest skrzynka ze sklejki wykończona w określony sposób. Ponieważ sklejka pełni rolę warstwy izolacyjnej, musi być idealnie czysta i sucha. Pudełko można złożyć własnymi rękami lub przygotować - najważniejsze jest to, że można je złożyć bez użycia gwoździ lub innych metalowych elementów złącznych. Montaż odbywa się w kilku etapach:
- Folia spożywcza podzielona jest na segmenty w zależności od wielkości ścianek ze sklejki lub ich półfabrykatów.
- Powierzchnie przyszłego pudełka są obszyte folią z zewnątrz. W takim przypadku jego błyszcząca strona powinna być skierowana na zewnątrz.
- Ścianki mocuje się od wewnątrz taśmą samoprzylepną, a na spodzie pudełka umieszcza się parę podkładek pod mysz.
- Dokładnie sprawdza się, czy w pozycji zamkniętej wieczka warstwa folii tworzy ciągłą skorupę, bez najmniejszych szczelin i pęknięć.
Druga opcja zakłada, że podstawą klatki Faradaya jest metalowy zbiornik zrób to sam (patelnia, pudełko, pudełko itp.), Wewnątrz którego izolacja wykonana jest z tektury, tej samej sklejki lub innego materiału. Warunek dokładnego dopasowania pokrywy dla tego projektu jest nie mniej ważny niż dla opisanego powyżej.
Czy muszę zrobić uziemienie?
Nie ma zgody co do potrzeby uziemienia CF. Obowiązkowe jest uziemienie dużych konstrukcji oraz tych, na które mogą mieć wpływ szczególnie silne wyładowania elektryczne.
Uziemienie oczywiście zabezpiecza przed sytuacjami awaryjnymi, kiedy nagromadzony silny ładunek może „przebić się” przez powietrze i uderzyć w pobliski przedmiot lub osobę.
Testowanie domowej klatki Faradaya
Aby przetestować działanie klatki Faradaya w praktyce, najwygodniej jest użyć kompaktowego radia zasilanego bateryjnie. Powinien być włączony przy maksymalnej głośności i dostrojony do najpotężniejszego dostępnego kanału FM. Jeśli ogniwo działa, radio w nim zostanie wyciszone.
Jeśli odbiornik jest przynajmniej trochę, ale słyszalny, oznacza to, że nie udało się osiągnąć stuprocentowego ekranowania i należy szukać przerw w warstwie przewodzącej.
Nadaje się do testowania samodzielnie złożonego aparatu i telefonu komórkowego. Po wejściu do środka przestanie odbierać sygnały ze stacji bazowych, to znaczy, gdy do niego zadzwonisz, usłyszysz odpowiednią wiadomość od automatycznego informatora operatora komórkowego.
Podobne artykuły:
