Ako sa stavia Faraday Cage

Obsah

• Faraday Cage
• Tipy
• Faraday Cage DIY
• Faraday Cage Wifi
• Faraday Cage Aplikácie
• Faraday Cage Physics
• Faraday Cage House
• Faraday Cage pre históriu generátorov

Elektrina môže byť nebezpečná, ale prijatím vhodných bezpečnostných opatrení môžete nechať študovať, ako toky prúdia, ako sa vyskytujú elektrické polia a ako fungujú iné javy v elektrine.

Od svitania elektriny vo fyzike vedci používajú experimenty, aby sa chránili pred poškodením. Táto znalosť by vytvorila Faradayove klietky ako metódy na zabránenie zraneniam ľudí elektrinou.

Faraday Cage

Tipy

Keď externé elektrické pole príde do kontaktu s klietkou, klietka vytvorí rovnaké elektrické pole, akoby sa náboj vložil dovnútra. Ak je klietka uzemnená, povrch je neutralizovaný prebytočným nábojom, ktorý prúdi na zem. To zabraňuje tvorbe napätia na druhej strane klietky, takže pole materiál neprechádza. Náboje sa redistribuujú samy na druhú stranu materiálu, pretože elektrostatické náboje sú indukované na povrchu.

Faraday Cage DIY

Tento spôsob výroby Faradayovej klietky vyžaduje na otestovanie, či klietka funguje, kovové plechy z medi alebo hliníka, pásky, nožnice, kartónu alebo podobného materiálu a balónik. Materiál, ktorý najlepšie funguje, je hliník, meď alebo kuracie drôty pre kuracie drôty Faraday. Faradayove klietky vyžadujú veľa kontaktu medzi kovovými komponentmi, aby konštrukcia ôk dobre fungovala.

Vytvorte kontajner na Faradayov štít alebo do klietky tak, že ho zmeníte napríklad na škatuľu, ktorá vás ochráni pred okolím. Omotajte fóliu alebo kovové fólie okolo nádoby. Uistite sa, že klietka má medzi kovovými plechmi veľa kontaktov.

Odrežte obrazovku tak, aby ste videli vonkajšiu stranu zvnútra klietky. Uistite sa, že sú diery menšie ako vlnová dĺžka elektromagnetického žiarenia, do ktorého chcete blokovať vstup.

Niektoré všeobecné pokyny sú:

Faraday Cage Wifi

Skúste použiť mobilný telefón vo vnútri klietky. Prijíma alebo vysiela wifi signály? Stále by ste mali dostať slabšie množstvo wifi, pretože Faradayove klietky môžu zoslabiť frekvenciu mobilných telefónov, ale nie ich úplne zastaviť.

Rádiové vlny, ktoré používajú mobilné telefóny, majú dostatočne malé frekvencie, aby prenikli malými dierami v klietke, takže by ste museli na spájanie alebo zváranie malých medzier v klietke Faraday pôsobiť proti nim.

Faraday Cage Aplikácie

Chemici používajú Faradayove klietky na zníženie hluku z externých zdrojov pri vykonávaní presných meraní. Výskumníci v oblasti digitálneho súdnictva používajú vrecká Faraday, Faradayove klietky vyrobené z pružnej kovovej tkaniny, aby zabránili vzdialenému vymazaniu a pozmeneniu trestných dôkazov.

Faradayove klietky poskytujú počítačom bezpečnosť proti rušeniu akcií, ako je napríklad špionáž. Autá a lietadlá pôsobia v podstate ako Faradayove klietky, pretože cestujúcim bránia v kontakte so škodlivými elektrickými nábojmi.

Faradayove klietky sa používajú aj na zabránenie rušeniu rádiových vysielačov inými zariadeniami a na ochranu jednotlivcov a objektov pred prúdom blesku a výbojom. Používajú ich aj domáce spotrebiče. Mikrovlny majú tienenie, aby sa zabránilo vlnám pri výstupe z ich interiéru, zatiaľ čo televízne káble znižujú vonkajšie elektromagnetické rušenie a vytvárajú obrázky.

Rôzna vodivosť kovov môže ovplyvniť to, ako Faradayove klietky bránia vstupu elektrických polí. Meď je najúčinnejšia, používaná v nemocničných zariadeniach MR a počítačových zariadeniach, ktoré sa môžu formovať na zliatiny mosadze a fosforu z bronzu na ešte špecifickejšie účely.

Hliník je tiež dobrým materiálom, pretože je pevný pre svoju hmotnosť a má vysokú vodivosť, ale v priebehu času môže hrdzaviť a nie je dobre spájkovaný. Medzi ďalšie vlastnosti pri navrhovaní Faradayových klietok patrí cena, korózia, hrúbka, poddajnosť, frekvencie, ktoré sú blokované a ako môžu byť samotné materiály formované do klietky.

Faraday Cage Physics

••• Syed Hussain Ather

Faradayove klietky chránia svoje vnútornosti pred elektrickým poľom, silovým poľom obklopujúcim nabité častice, ako sú protóny alebo elektróny. Na popis elektrickej sily možno použiť Coulombov zákon E ako E = e₁ e₂/ 4πε₀r² v ktorom _r je polomer medzi nabitými časticami, ε₀ je konštantný počet vákuových permitivít 8,84 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ a _e₁ e₂ sú náboje častíc.

Vo vnútri klietky sa pomocou tohto vzorca môže zmerať všetka elektrina, ktorá príde do kontaktu s vonkajším povrchom. Sieťové pole vo vnútri klietky zostáva nulové a chráni všetko, čo je vo vnútri klietky.

Nálože vo vodiči, ako je vodivý materiál Faradayovej klietky, musia byť v rovnováhe čo najďalej od seba, aby náboj zostal na povrchu. To udržuje elektrické pole vo vnútri nuly. Keby ste na vonkajšiu stranu klietky priviedli kladne nabitý predmet, elektróny na vnútornom povrchu by sa okolo nej hromadili a zrušili.

Faraday Cage House

Ak ste si mysleli, že ste v klietke Faraday, mohli by ste použiť rôzne materiály na ochranu pred elektromagnetickým rušením.

Meď je najspoľahlivejším prvkom v aplikáciách zobrazovania pomocou magnetickej rezonancie (MRI) v medicíne, ktorý chráni ľudí pred poškodením elektromagnetickým žiarením. Je tiež ľahké kombinovať s inými prvkami a vytvárať zliatiny, ako je mosadz, fosfor, bronz a meď berylia, ktoré majú vyššie hodnoty vodivosti.

Oceľ z pocínovaného plechu je nákladovo efektívny materiál, ktorý blokuje vstup nižších frekvencií. Uhlíková oceľ je ďalšou ideálnou voľbou, ktorá môže blokovať frekvencie, ktoré iné zliatiny a prvky chýbajú. Tieto materiály sa často dodávajú s cínovaním, aby sa zabránilo korózii.

Zliatina medi je známa tým, že je schopná odolávať korózii. Hliník je ďalšou ideálnou voľbou, ktorá síce musí preskúmať svoje galvanické korózne a oxidačné vlastnosti, ale vďaka svojmu dobrému pomeru pevnosti k hmotnosti a vysokej vodivosti môže slúžiť na rôzne aplikácie.

Faraday Cage pre históriu generátorov

••• Syed Hussain Ather

V roku 1836 fyzik Michael Faraday pozoroval, že nabitý vodič uloží prebytočný náboj vnútri samotného materiálu, nie do dutiny, ktorú vodič obklopil. Natieral izbu kovovou fóliou. Keď bol vonku elektrostatický generátor, všimol si, že podľa jeho elektroskopu nie je vnútri žiadny náboj, zariadenie používané na meranie elektrického náboja. Použil to na vybudovanie Faradayovej klietky pre tento generátor.

O sedem rokov neskôr spoločnosť Faraday preukázala zvyšky náboja na povrchu vodiča pre kovové povrchy. Pomocou kovového vedra s ľadom ukázal elektrický náboj v škrupine vodiča, ktorý vytvára náboj na vnútornom povrchu škrupiny. Náboj neovplyvnil vnútorný objem nádrže. Použitím elektroskopu na meranie elektrického náboja by sa jeho experiment stal prvým kvantitatívnym experimentom s elektrickým nábojom.