Ο λαμπρός επιστήμονας και εφευρέτης του 19ου αιώνα, Michael Faraday, είναι γνωστός για την ενεργό εργασία του με τον ηλεκτρισμό, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και σχετικά φυσικά φαινόμενα. Μια από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις ήταν μια προστατευτική δομή που ονομάζεται κλουβί Faraday. Παρακάτω θα καταλάβουμε τι είναι και ποια πρακτική αξία αντιπροσωπεύει η εφεύρεση.
Περιεχόμενο
Τι είναι ένα κλουβί Faraday
Ένα κλουβί Faraday είναι ένα κουτί με τοιχώματα κατασκευασμένα από μέταλλο υψηλής αγωγιμότητας. Ο σχεδιασμός δεν απαιτεί εξωτερική σύνδεση ρεύματος, αλλά, κατά κανόνα, είναι γειωμένος. Η φυσική επίδραση του κυττάρου εκδηλώνεται υπό την επίδραση ενός εξωτερικού παράγοντα, που είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Οι πρώτες κατασκευές για να καταδείξουν το φαινόμενο θωράκισης έμοιαζαν με ένα συνηθισμένο κελί, το οποίο έδωσε το όνομα σε αυτό το φαινόμενο.Στην πραγματικότητα, τα σύρματα ή τα διάτρητα τοιχώματα του «κουτιού» είναι βολικά για οπτικό έλεγχο αντικειμένων ή συσκευών που βρίσκονται μέσα σε περιορισμένο χώρο, αλλά μπορούν εύκολα να αντικατασταθούν με συμπαγή. Το κύριο πράγμα είναι ότι το υλικό είναι αγώγιμο.
Λειτουργική αρχή
Η δράση του κλωβού Faraday βασίζεται στο γεγονός ότι το φορτίο, όταν εισέρχεται στον αγωγό, κατανέμεται στην επιφάνειά του, ενώ το εσωτερικό παραμένει ουδέτερο. Στην πραγματικότητα, ολόκληρο το στοιχείο, που αποτελείται από ένα αγώγιμο υλικό, είναι ένας μόνο αγωγός, τα «άκρα» του οποίου αποκτούν το αντίθετο φορτίο. Το ηλεκτρικό ρεύμα που προκύπτει δημιουργεί ένα πεδίο που αντισταθμίζει τις εξωτερικές επιρροές. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο εσωτερικό μέρος μιας τέτοιας δομής είναι μηδέν.
Είναι ενδιαφέρον ότι εάν το πεδίο δημιουργείται μέσα στο κελί, τότε το εφέ λειτουργεί επίσης. Ωστόσο, σε αυτό το σενάριο, το φορτίο θα κατανεμηθεί στην εσωτερική επιφάνεια του πλέγματος ή άλλου αγώγιμου επιπέδου και δεν θα μπορεί να διεισδύσει έξω.
Στην αγγλική ορολογία, το CF ακούγεται σαν "Faraday shield", δηλαδή "Faraday shield / screen". Αυτή η ιδέα μεταφέρει καλά την ουσία της συσκευής, η οποία, όπως μια ασπίδα ή μια προστατευτική οθόνη, αντανακλά τις ακτίνες που επηρεάζουν το περιεχόμενό της.
Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι το φαινόμενο θωράκισης λειτουργεί μόνο σε ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Δεν παρεμβαίνει σε ένα σταθερό ή ελαφρώς μεταβλητό μαγνητικό αποτέλεσμα, για παράδειγμα, το φυσικό μαγνητικό δυναμικό της Γης.
Για να προσδιοριστεί εάν ο θάλαμος Faraday θα αντανακλά ακτινοβολία υψηλής συχνότητας, αρκεί να γνωρίζουμε το μέγεθος των κυψελών του πλέγματος (αν το αγώγιμο μέρος είναι κατασκευασμένο με τη μορφή κλωβού) και το μήκος κύματος του ενεργού κύματος.Η κατασκευή είναι αποτελεσματική εάν η δεύτερη τιμή είναι μεγαλύτερη από την πρώτη.
Σφαίρες εφαρμογής του φαινομένου της ΚΙ
Το αποτέλεσμα που ανακάλυψε ο Faraday δεν έχει μόνο επιστημονικό νόημα, αλλά και μια αρκετά ευρεία πρακτική εφαρμογή. Το απλούστερο παράδειγμα ενός κλουβιού Faraday μπορεί να βρεθεί στην καθημερινή ζωή, υπάρχει σχεδόν σε οποιαδήποτε κουζίνα - αυτός είναι ένας φούρνος μικροκυμάτων. Πέντε τοιχώματα του σώματός του είναι κατασκευασμένα από αρκετά χοντρές ατσάλινες πλάκες, ενώ ανάμεσα στα δύο στρώματα γυαλιού της πόρτας υπάρχει ένα μεταλλικό στρώμα με διατρήσεις για καλύτερη ορατότητα.
Καμπίνα RF
Μια καμπίνα ραδιοσυχνοτήτων είναι ένα δωμάτιο που απομονώνεται από τις επιδράσεις των ηλεκτρικών, μαγνητικών και ραδιοεκπομπών, συνήθως μιας μικρής περιοχής. Οι τοίχοι, το δάπεδο και η οροφή του είναι εξοπλισμένα με σχάρες υψηλής αγωγιμότητας που σχηματίζουν ένα κλειστό αλλά αόρατο κλουβί.
Αίθουσες μαγνητικής τομογραφίας
Ο εξοπλισμός υψηλής ακρίβειας, όπως ένας ιατρικός τομογράφος για τη διάγνωση μαγνητικού συντονισμού απαιτεί προσεκτική προστασία από εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Η παραμικρή εξωτερική επίδραση μπορεί να επηρεάσει το αποτέλεσμα της μελέτης, επομένως το δωμάτιο στο οποίο βρίσκεται η μονάδα μαγνητικής τομογραφίας είναι πλήρως θωρακισμένο.
Εργαστήρια
Στην εργαστηριακή έρευνα, για να ληφθούν ακριβή αποτελέσματα, είναι σημαντικό όχι μόνο η χρήση προηγμένου εξοπλισμού, αλλά και η αξιόπιστη προστασία του από εξωτερικούς παράγοντες όπως τα μαγνητικά και τα ηλεκτρικά πεδία.
Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι αυτό δεν αναφέρεται μόνο στην κατευθυντική ακτινοβολία από συγκεκριμένες πηγές, αλλά και στον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο που υπάρχει συνεχώς στην ατμόσφαιρα, ειδικά σε κατοικημένες περιοχές και κοντά τους.
Για υψηλής ποιότητας θωράκιση εξοπλισμού με το φαινόμενο CF, απαιτούνται εξειδικευμένοι υπολογισμοί σχεδιασμού και επαγγελματική εγκατάσταση.
Προστατευτικές στολές
Για άτομα που εργάζονται σε περιοχές με μεγάλη πιθανότητα ηλεκτροπληξίας, έχουν αναπτυχθεί ειδικές στολές. Το πάνω στρώμα τους είναι κατασκευασμένο από ύφασμα που περιέχει μέταλλο και χωρίζεται από το σώμα με ένα μονωτικό υλικό. Σε περίπτωση υπολειπόμενου στατικού ή ηλεκτρικού ρεύματος, το φορτίο ρέει στο εξωτερικό περίβλημα του κιτ.
Η προστατευτική ενδυμασία είναι απαραίτητη όταν εργάζεστε με γραμμές υψηλής τάσης. Ακόμη και χωρίς ενέργεια, διατηρούν ένα επικίνδυνο επίπεδο στατικής φόρτισης λόγω πολλών χιλιομέτρων ηλεκτρικών καλωδίων.
Στον κόσμο της διασκέδασης
Το εφέ CF, που εμφανίζεται πολύχρωμα στη σκηνή, είναι πολύ εντυπωσιακό. Σε αυτή την περίπτωση, δεν χρησιμοποιείται συχνά ένα απλό κλουβί, αλλά ένα φαινομενικά αβαρές κέλυφος από χοντρό πλέγμα ή ακόμα και ένα ειδικά σχεδιασμένο κοστούμι που θυμίζει συνηθισμένα ρούχα. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα παρέχεται όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας πηνία Tesla ή παρόμοιες συσκευές που δημιουργούν φορτίο από ηλεκτροστατική γεννήτρια.
Φτιάχνοντας ένα κλουβί Faraday με τα χέρια σας
Στην καθημερινή ζωή, η κατασκευή ενός σπιτικού CF μπορεί να είναι απαραίτητη για να «κρύψει» τα gadget από τη δράση διαφόρων κυμάτων που μπορεί να προκαλέσουν διαταραχές στην ευαίσθητη ηλεκτρονική «γέμιση».
Ένα παράδειγμα τέτοιου σχεδίου είναι ένα κουτί από κόντρα πλακέ φινιρισμένο με συγκεκριμένο τρόπο. Δεδομένου ότι το κόντρα πλακέ λειτουργεί ως μονωτικό στρώμα, πρέπει να είναι απόλυτα καθαρό και στεγνό. Μπορείτε να συναρμολογήσετε το κουτί με τα χέρια σας ή να το ετοιμάσετε - το κύριο πράγμα είναι να συναρμολογηθεί χωρίς τη χρήση καρφιών ή άλλων μεταλλικών συνδετήρων. Η συναρμολόγηση πραγματοποιείται σε διάφορα στάδια:
- Το φύλλο φαγητού χωρίζεται σε τμήματα, ανάλογα με το μέγεθος των τοίχων από κόντρα πλακέ ή τα κενά τους.
- Οι επιφάνειες του μελλοντικού κουτιού είναι κομμένες με αλουμινόχαρτο από έξω. Σε αυτή την περίπτωση, η γυαλιστερή πλευρά του πρέπει να είναι στραμμένη προς τα έξω.
- Οι τοίχοι στερεώνονται από μέσα με κολλητική ταινία και ένα ζευγάρι ποντικιών τοποθετείται στο κάτω μέρος του κουτιού.
- Ελέγχεται προσεκτικά ότι στην κλειστή θέση του καπακιού, η στρώση του φύλλου σχηματίζει ένα συνεχές κέλυφος, χωρίς τα παραμικρά κενά και σπασίματα.
Η δεύτερη επιλογή προϋποθέτει ότι μια μεταλλική δεξαμενή φτιάχνω μόνος σου (τηγάνια, κουτί, κουτί κ.λπ.) χρησιμεύει ως βάση του κλουβιού Faraday, μέσα στο οποίο η μόνωση είναι κατασκευασμένη από χαρτόνι, το ίδιο κόντρα πλακέ ή άλλο υλικό. Η κατάσταση της άνετης εφαρμογής του καπακιού για αυτό το σχέδιο δεν είναι λιγότερο σημαντική από αυτήν που περιγράφηκε παραπάνω.
Πρέπει να κάνω γείωση;
Δεν υπάρχει συναίνεση ως προς την ανάγκη γείωσης του CF. Είναι υποχρεωτική η γείωση μεγάλων κατασκευών και εκείνων που μπορεί να επηρεαστούν από μια ιδιαίτερα ισχυρή ηλεκτρική εκκένωση.
Η γείωση, φυσικά, προστατεύει από καταστάσεις έκτακτης ανάγκης όταν η συσσωρευμένη ισχυρή γόμωση μπορεί να «σπάσει» τον αέρα και να χτυπήσει ένα κοντινό αντικείμενο ή άτομο.
Δοκιμάζοντας ένα σπιτικό κλουβί Faraday
Για να δοκιμάσετε την αρχή του κλωβού Faraday στην πράξη, είναι πιο βολικό να χρησιμοποιήσετε ένα συμπαγές ραδιόφωνο που λειτουργεί με μπαταρία. Θα πρέπει να είναι ενεργοποιημένο στη μέγιστη ένταση και συντονισμένο στο πιο ισχυρό κανάλι FM που είναι διαθέσιμο. Εάν το κελί λειτουργεί, το ραδιόφωνο σε αυτό θα τεθεί σε σίγαση.
Εάν ο δέκτης είναι τουλάχιστον λίγος, αλλά ακούγεται, σημαίνει ότι δεν ήταν δυνατό να επιτευχθεί έλεγχος εκατό τοις εκατό και θα πρέπει να αναζητηθούν κενά στο αγώγιμο στρώμα.
Κατάλληλο για δοκιμή αυτοσυναρμολογημένης κάμερας και κινητού τηλεφώνου. Μόλις μπει, θα σταματήσει να λαμβάνει σήματα από τους σταθμούς βάσης, δηλαδή όταν το καλέσετε, θα ακούσετε το αντίστοιχο μήνυμα από τον αυτόματο πληροφοριοδότη της εταιρείας κινητής τηλεφωνίας.
Παρόμοια άρθρα:
