De briljante wetenschapper en uitvinder van de 19e eeuw, Michael Faraday, staat bekend om zijn actieve werk met elektriciteit, het elektromagnetische veld en aanverwante fysische verschijnselen. Een van de belangrijkste ontdekkingen was een beschermende structuur die de kooi van Faraday wordt genoemd. Hieronder zullen we begrijpen wat het is en welke praktische waarde de uitvinding vertegenwoordigt.
Inhoud
Wat is een kooi van Faraday?
Een kooi van Faraday is een doos met wanden van sterk geleidend metaal. Het ontwerp vereist geen externe stroomaansluiting, maar is in de regel geaard. Het fysieke effect van de cel manifesteert zich onder invloed van een externe factor, namelijk elektromagnetische straling.
De eerste constructies die het afschermende effect demonstreerden, leken op een gewone cel, wat de naam aan dit fenomeen gaf.In feite zijn de draad of geperforeerde wanden van de "doos" handig voor visuele controle van objecten of apparaten die zich in een besloten ruimte bevinden, maar ze kunnen gemakkelijk worden vervangen door solide exemplaren. Het belangrijkste is dat het materiaal geleidend is.
Operatie principe
De werking van de kooi van Faraday is gebaseerd op het feit dat de lading, wanneer deze de geleider binnenkomt, over het oppervlak wordt verdeeld, terwijl de binnenkant neutraal blijft. In feite is de hele cel, bestaande uit een geleidend materiaal, een enkele geleider, waarvan de "uiteinden" de tegenovergestelde lading krijgen. De resulterende elektrische stroom creëert een veld dat externe invloeden compenseert. De elektrische veldsterkte in het binnenste deel van een dergelijke structuur is nul.
Interessant is dat als het veld in de cel wordt gegenereerd, het effect ook werkt. In dit scenario wordt de lading echter verdeeld over het binnenoppervlak van het rooster of een ander geleidend vlak en kan deze niet naar buiten doordringen.
In Engelse terminologie klinkt CF als "Faraday-schild", dat wil zeggen, "Faraday-schild / scherm". Dit concept geeft goed de essentie van het apparaat weer, dat, net als een schild of een beschermend scherm, de stralen weerkaatst die de inhoud beïnvloeden.
Houd er rekening mee dat het afschermende effect alleen werkt op een wisselend magnetisch veld. Het interfereert niet met een constant of licht variabel magnetisch effect, bijvoorbeeld het natuurlijke magnetische potentieel van de aarde.
Om te bepalen of de Faraday-kamer hoogfrequente straling zal reflecteren, is het voldoende om de grootte van de rastercellen te kennen (als het geleidende deel in de vorm van een kooi is gemaakt) en de golflengte van de werkende golf.De constructie is effectief als de tweede waarde groter is dan de eerste.
Toepassingsgebieden van het CF-effect
Het door Faraday ontdekte effect heeft niet alleen een wetenschappelijke betekenis, maar ook een vrij brede praktische toepassing. Het eenvoudigste voorbeeld van een kooi van Faraday is te vinden in het dagelijks leven, het is aanwezig in bijna elke keuken - dit is een magnetron. Vijf wanden van zijn carrosserie zijn gemaakt van vrij dikke staalplaten en tussen de twee lagen deurglas bevindt zich een metalen laag met perforaties voor een betere zichtbaarheid.
RF-cabine
Een radiofrequentiecabine is een ruimte die is geïsoleerd van de effecten van elektrische, magnetische en radiostraling, meestal van een klein gebied. De wanden, vloer en plafond zijn voorzien van sterk geleidende roosters die een gesloten maar onzichtbare kooi vormen.
MRI-kamers
Uiterst nauwkeurige apparatuur zoals een medische tomograaf voor magnetische resonantiediagnostiek vereist zorgvuldige bescherming tegen externe elektromagnetische golven. De minste invloeden van buitenaf kunnen het resultaat van het onderzoek beïnvloeden, dus de ruimte waarin de MRI-unit staat is volledig afgeschermd.
Laboratoria
Bij laboratoriumonderzoek is het, om nauwkeurige resultaten te verkrijgen, niet alleen belangrijk om geavanceerde apparatuur te gebruiken, maar deze ook op betrouwbare wijze te beschermen tegen externe factoren zoals magnetische en elektrische velden.
Het moet duidelijk zijn dat dit niet alleen verwijst naar gerichte straling van specifieke bronnen, maar ook naar elektromagnetische ruis die constant aanwezig is in de atmosfeer, vooral in bevolkte gebieden en in hun omgeving.
Voor een hoogwaardige afscherming van apparatuur met het CF-effect zijn gespecialiseerde ontwerpberekeningen en professionele installatie vereist.
Beschermende pakken
Voor mensen die werken in gebieden met een grote kans op een elektrische schok zijn er speciale pakken ontwikkeld. Hun bovenlaag is gemaakt van metaalhoudend weefsel en is door een isolerend materiaal van het lichaam gescheiden. In het geval van resterende statische of elektrische stroom, stroomt de lading door de buitenste schil van de kit.
Bij het werken met hoogspanningsleidingen is beschermende kleding onmisbaar. Zelfs als ze spanningsloos zijn, behouden ze een gevaarlijk niveau van statische lading vanwege de vele kilometers elektrische draden.
In de wereld van entertainment
Het CF-effect, kleurrijk weergegeven op het podium, is zeer spectaculair. In dit geval wordt vaak niet een eenvoudige kooi gebruikt, maar een schijnbaar gewichtloze schaal gemaakt van grof gaas, of zelfs een speciaal ontworpen pak dat op gewone kleding lijkt. In dit geval wordt de stroom zo effectief mogelijk geleverd, bijvoorbeeld met Tesla-spoelen of soortgelijke apparaten die een lading creëren vanuit een elektrostatische generator.
Een kooi van Faraday maken met je eigen handen
In het dagelijks leven kan de vervaardiging van een zelfgemaakte CF nodig zijn om gadgets te "verbergen" voor de werking van verschillende golven die storingen kunnen veroorzaken in gevoelige elektronische "vulling".
Een voorbeeld van zo'n ontwerp is een multiplex kist die op een bepaalde manier is afgewerkt. Omdat multiplex als isolerende laag fungeert, moet het perfect schoon en droog zijn. Je kunt de doos met je eigen handen in elkaar zetten of hem klaarmaken - het belangrijkste is dat hij wordt gemonteerd zonder het gebruik van spijkers of andere metalen bevestigingsmiddelen. De montage wordt in verschillende fasen uitgevoerd:
- Voedselfolie is verdeeld in segmenten, afhankelijk van de grootte van de multiplexwanden of hun plano's.
- De oppervlakken van de toekomstige doos zijn van buitenaf afgezet met folie. In dit geval moet de glanzende kant naar buiten worden gedraaid.
- De muren worden van binnenuit vastgemaakt met plakband en een paar muismatten wordt op de bodem van de doos geplaatst.
- Er wordt zorgvuldig gecontroleerd dat de folielaag in de gesloten positie van het deksel een doorlopende schaal vormt, zonder de minste openingen en breuken.
De tweede optie gaat ervan uit dat een doe-het-zelf metalen tank (pan, doos, doos, enz.) Als basis dient voor de kooi van Faraday, waarbinnen isolatie is gemaakt van karton, hetzelfde triplex of ander materiaal. De voorwaarde van een goede pasvorm van het deksel voor dit ontwerp is niet minder belangrijk dan voor degene die hierboven is beschreven.
Moet ik aarden?
Er is geen consensus over de noodzaak om de CF te aarden. Het is verplicht om grote constructies en constructies die kunnen worden aangetast door een bijzonder krachtige elektrische ontlading te aarden.
Aarding beschermt natuurlijk tegen noodsituaties wanneer de geaccumuleerde sterke lading de lucht kan "breken" en een object of persoon in de buurt kan raken.
Een zelfgemaakte kooi van Faraday testen
Om het principe van de kooi van Faraday in de praktijk te testen, is het het handigst om een compacte batterijgevoede radio te gebruiken. Het moet op maximaal volume zijn ingeschakeld en zijn afgestemd op het krachtigste FM-kanaal dat beschikbaar is. Als de cel werkt, wordt de radio erin gedempt.
Als de ontvanger op zijn minst een beetje, maar hoorbaar is, betekent dit dat honderd procent afscherming niet kon worden bereikt en dat er naar gaten in de geleidende laag moest worden gezocht.
Geschikt voor het testen van zelfgemonteerde camera en mobiele telefoon. Eenmaal binnen zal het geen signalen meer ontvangen van basisstations, dat wil zeggen, wanneer u het belt, hoort u het bijbehorende bericht van de automatische informant van de mobiele operator.
Vergelijkbare artikelen:
