Genialul om de știință și inventator al secolului al XIX-lea, Michael Faraday, este cunoscut pentru munca sa activă cu electricitatea, câmpul electromagnetic și fenomenele fizice conexe. Una dintre cele mai semnificative descoperiri a fost o structură de protecție numită cușca Faraday. Mai jos vom înțelege ce este și ce valoare practică reprezintă invenția.
Conţinut
Ce este o cușcă Faraday
O cușcă Faraday este o cutie cu pereți din metal foarte conductiv. Designul nu necesită o conexiune de alimentare externă, dar, de regulă, este împământat. Efectul fizic al celulei se manifestă sub influența unui factor extern, care este radiația electromagnetică.
Primele constructe care au demonstrat efectul de ecranare arătau ca o celulă obișnuită, care a dat numele acestui fenomen.De fapt, sârma sau pereții perforați ai „cutiei” sunt convenabile pentru controlul vizual al obiectelor sau dispozitivelor situate în interiorul unui spațiu restrâns, dar pot fi înlocuite cu ușurință cu altele solide. Principalul lucru este că materialul este conductiv.
Principiul de funcționare
Acțiunea cuștii Faraday se bazează pe faptul că sarcina, atunci când intră în conductor, este distribuită pe suprafața sa, în timp ce interiorul rămâne neutru. De fapt, întreaga celulă, constând dintr-un material conductor, este un singur conductor, ale cărui „capete” capătă sarcina opusă. Curentul electric rezultat creează un câmp care compensează influențele externe. Intensitatea câmpului electric în partea interioară a unei astfel de structuri este zero.
Interesant este că dacă câmpul este generat în interiorul celulei, atunci și efectul funcționează. Cu toate acestea, în acest scenariu, sarcina va fi distribuită pe suprafața interioară a rețelei sau a altui plan conductor și nu va putea pătrunde în exterior.
În terminologia engleză, CF sună ca „Faraday shield”, adică „Faraday shield / screen”. Acest concept transmite bine esența dispozitivului, care, ca un scut sau un ecran de protecție, reflectă razele care îi afectează conținutul.
Trebuie amintit că efectul de ecranare funcționează doar pe un câmp magnetic alternativ. Nu interferează cu un efect magnetic constant sau ușor variabil, de exemplu, potențialul magnetic natural al Pământului.
Pentru a determina dacă camera Faraday va reflecta radiația de înaltă frecvență, este suficient să cunoaștem dimensiunea celulelor grilei (dacă partea conductoare este realizată sub formă de cușcă) și lungimea de undă a undei care acționează.Construcția este eficientă dacă a doua valoare este mai mare decât prima.
Sfere de aplicare a efectului CF
Efectul descoperit de Faraday nu are doar sens științific, ci și o aplicație practică destul de largă. Cel mai simplu exemplu de cușcă Faraday poate fi găsit în viața de zi cu zi, este prezent în aproape orice bucătărie - acesta este un cuptor cu microunde. Cinci pereți ai corpului său sunt din plăci de oțel destul de groase, iar între cele două straturi de sticlă a ușii se află un strat metalic cu perforații pentru o mai bună vizibilitate.
cabina RF
O cabină de radiofrecvență este o încăpere izolată de efectele emisiilor electrice, magnetice și radio, de obicei de o suprafață mică. Pereții, podeaua și tavanul sunt echipate cu grătare foarte conductoare care formează o cușcă închisă, dar invizibilă.
camere RMN
Echipamentele de înaltă precizie, cum ar fi un tomograf medical pentru diagnosticarea rezonanței magnetice, necesită o protecție atentă împotriva undelor electromagnetice externe. Cea mai mică influență exterioară poate afecta rezultatul studiului, astfel încât camera în care se află unitatea RMN este complet ecranată.
laboratoare
În cercetările de laborator, pentru a obține rezultate precise, este important nu numai să folosiți echipamente avansate, ci și să îl protejați în mod fiabil de factorii externi precum câmpurile magnetice și electrice.
Trebuie înțeles că aceasta se referă nu numai la radiațiile direcționale din surse specifice, ci și la zgomotul electromagnetic care este prezent constant în atmosferă, în special în zonele populate și în vecinătatea acestora.
Pentru ecranarea de înaltă calitate a echipamentelor cu efect CF, sunt necesare calcule de proiectare specializate și instalare profesională.
Costume de protecție
Pentru persoanele care lucrează în zone cu o mare probabilitate de șoc electric, au fost dezvoltate costume speciale. Stratul lor superior este realizat din țesătură care conține metal și este separat de corp printr-un material izolator. În cazul unui curent static sau electric rezidual, sarcina curge pe carcasa exterioară a kitului.
Îmbrăcămintea de protecție este indispensabilă atunci când lucrați cu linii de înaltă tensiune. Chiar și dezactivați, ele păstrează un nivel periculos de încărcare statică din cauza multor kilometri de fire electrice.
În lumea divertismentului
Efectul CF, afișat colorat pe scenă, este foarte spectaculos. În acest caz, nu se folosește adesea o simplă cușcă, ci o carcasă aparent lipsită de greutate din plasă grosieră sau chiar un costum special conceput, care seamănă cu hainele obișnuite. În acest caz, curentul este furnizat cât mai eficient posibil, de exemplu, folosind bobine Tesla sau dispozitive similare care creează o încărcare de la un generator electrostatic.
Să faci o cușcă Faraday cu propriile mâini
În viața de zi cu zi, fabricarea unui CF de casă poate fi necesară pentru a „ascunde” gadgeturile de acțiunea diferitelor unde care pot provoca perturbări în „umplutura” electronică sensibilă.
Un exemplu de astfel de design este o cutie de placaj finisată într-un anumit fel. Deoarece placajul acționează ca un strat izolator, acesta trebuie să fie perfect curat și uscat. Puteți asambla cutia cu propriile mâini sau o puteți lua gata - principalul lucru este ca aceasta să fie asamblată fără a folosi cuie sau alte elemente de fixare metalice. Asamblarea se realizează în mai multe etape:
- Folia alimentară este împărțită în segmente, în funcție de dimensiunea pereților de placaj sau semifabricate ale acestora.
- Suprafețele viitoarei cutii sunt tăiate cu folie din exterior. În acest caz, partea sa strălucitoare ar trebui să fie întoarsă spre exterior.
- Pereții sunt prinși din interior cu bandă adezivă, iar pe fundul cutiei se așează o pereche de mouse pads.
- Se verifică cu atenție ca în poziția închisă a capacului, stratul de folie să formeze o înveliș continuă, fără cele mai mici goluri și rupturi.
A doua opțiune presupune că un rezervor metalic de bricolaj (tigaie, cutie, cutie etc.) servește ca bază pentru cuști Faraday, în interiorul căreia izolația este realizată din carton, același placaj sau alt material. Starea de fixare perfectă a capacului pentru acest design nu este mai puțin importantă decât pentru cel descris mai sus.
Trebuie să fac împământare
Nu există un consens cu privire la necesitatea punerii la pământ a FC. Este obligatorie împământarea structurilor mari și a celor care pot fi afectate de o descărcare electrică deosebit de puternică.
Împământarea, desigur, protejează împotriva situațiilor de urgență când sarcina puternică acumulată poate „spărge” aerul și poate lovi un obiect sau o persoană din apropiere.
Testarea unei cuști Faraday de casă
Pentru a testa principiul cuștii Faraday în practică, cel mai convenabil este să utilizați un radio compact alimentat de baterii. Ar trebui să fie pornit la volum maxim și reglat la cel mai puternic canal FM disponibil. Dacă celula funcționează, radioul din ea va fi oprit.
Dacă receptorul este cel puțin puțin, dar audibil, înseamnă că ecranul sută la sută nu a putut fi realizat și trebuie căutate goluri în stratul conductor.
Potrivit pentru testarea camerei și a telefonului mobil auto-asamblate. Odată înăuntru, acesta nu va mai primi semnale de la stațiile de bază, adică atunci când îl suni, vei auzi mesajul corespunzător de la informatorul automat al operatorului de telefonie mobilă.
Articole similare:
