Den geniale videnskabsmand og opfinder fra det 19. århundrede Michael Faraday er kendt for sit aktive arbejde med elektricitet, elektromagnetiske felter og beslægtede fysiske fænomener. En af hans vigtige opdagelser var en beskyttelsesstruktur kaldet Faraday-buret. I det følgende vil vi undersøge, hvad det er, og hvilken praktisk værdi opfindelsen repræsenterer.
Indhold
Hvad er et Faraday-bur?
Et Faraday-bur er en kasse med vægge af meget ledende metal. Konstruktionen kræver ingen ekstern strømforbindelse, men er normalt jordet. Den fysiske virkning af buret opstår, når det udsættes for en ekstern faktor, nemlig elektromagnetisk stråling.
De første konstruktioner, der demonstrerede den afskærmende effekt, lignede et almindeligt bur, hvilket gav fænomenet sit navn. Faktisk er tråd- eller perforerede vægge i "kassen" praktiske til visuel inspektion af genstande eller anordninger i et lukket rum, men de kan nemt erstattes af solide vægge. Det vigtigste er, at materialet skal være ledende.
Princippet for drift
Virkningen af et Faraday-bur er baseret på, at ladningen fordeles på lederens overflade, mens den indvendige del forbliver neutral. Faktisk er hele cellen, der består af et ledende materiale, en enkelt leder, hvis "ender" får modsat ladning. Den elektriske strøm, der opstår i dette tilfælde, skaber et felt, som kompenserer for den ydre påvirkning. Den elektriske feltstyrke i det indre af en sådan struktur er nul.
Det er interessant, at hvis feltet genereres inde i cellen, virker effekten også. I dette tilfælde vil ladningen imidlertid være fordelt på den indre overflade af nettet eller et andet ledende plan og vil ikke kunne trænge udad.
I engelsktalende terminologi kaldes en QF for et "Faraday-skjold", dvs. en "Faraday-skærm/skærm". Dette koncept indfanger godt essensen af enheden, der som et skjold eller en beskyttende skærm reflekterer de stråler, der påvirker dens indhold.
Man skal huske på, at afskærmningseffekten kun virker ved et vekslende magnetfelt. Den forstyrrer ikke permanente eller svagt vekslende magnetiske påvirkninger, som f.eks. jordens naturlige magnetiske potentiale.
For at afgøre, om et Faraday-kammer vil reflektere højfrekvensstråling, er det tilstrækkeligt at kende maskestørrelsen (hvis den ledende del er udført som et bur) og bølgelængden af den påvirkende bølgelængde. Konstruktionen er effektiv, hvis den anden værdi er større end den første.
Anvendelsesområder for QF-effekten
Den effekt, som Faraday opdagede, har ikke kun videnskabelig betydning, men også en ret bred praktisk anvendelse. Det enkleste eksempel på et Faraday-bur findes i hverdagen; det findes i næsten alle køkkener - det er en mikrobølgeovn. Dens fem vægge er lavet af tykke stålplader, og mellem de to lag glas i døren er der et metallag med perforerede huller for bedre synlighed.
Radiofrekvenskabine
En RF-kabine er et rum, der er isoleret fra elektrisk, magnetisk og strålende stråling, normalt af et lille område. Vægge, gulv og loft er udstyret med stærkt ledende gitre, der danner et lukket, men udvendigt usynligt bur.
MRI-rum
Højpræcisionsudstyr som f.eks. en medicinsk MR-scanner kræver omhyggelig beskyttelse mod eksterne elektromagnetiske bølger. Den mindste påvirkning udefra kan påvirke undersøgelsesresultaterne, og derfor er rummet, hvor MRI-maskinen er placeret, fuldt afskærmet.
Laboratorier
I laboratorieforsøg er det ikke kun vigtigt at anvende avanceret udstyr for at opnå nøjagtige resultater, men også at beskytte det pålideligt mod ydre påvirkninger som f.eks. magnetiske og elektriske felter.
Det skal forstås, at der ikke kun er tale om retningsbestemt stråling fra specifikke kilder, men også om elektromagnetisk støj, som er konstant til stede i atmosfæren, især i og nær befolkede områder.
Kvalitativ afskærmning af udstyr med en CF-effekt kræver særlige konstruktionsberegninger og professionel installation.
Beskyttelsesdragter
Der er udviklet særlige dragter til personer, der arbejder i områder med stor risiko for elektrisk stød. Det øverste lag er fremstillet af et metalholdigt stof og er adskilt fra kroppen af et isolerende materiale. Hvis sættet udsættes for statisk eller elektrisk reststrøm, strømmer der en ladning ned langs sætets ydre kappe.
Beskyttelsesbeklædning er uundværlig, når der arbejdes på højspændingsledninger. Selv når de er slukket for strømmen, bevarer de farlige niveauer af statisk ladning på grund af de mange kilometer lange elektriske ledere.
I en verden af sjov
KF-effekten, som er farverig på scenen, er meget spektakulær. Ofte bruges der et simpelt bur, men snarere en tilsyneladende vægtløs skal af groft net eller endda et specielt konstrueret kostume, der ligner konventionelt tøj. I dette tilfælde anvendes strømmen så effektivt som muligt, f.eks. ved hjælp af Tesla-spoler eller lignende anordninger, som skaber en ladning fra en elektrostatisk generator.
Lav et hjemmelavet Faraday-bur med dine egne hænder
I hverdagen kan det være nødvendigt at lave et hjemmelavet bur for at "skjule" gadgets fra forskellige bølger, som kan forårsage forstyrrelser i den følsomme elektroniske "fyldning".
Et eksempel på en sådan konstruktion er en krydsfinérkasse, der er blevet færdiggjort på en bestemt måde. Da krydsfinerpladen fungerer som et isolerende lag, skal den være helt ren og tør. Du kan selv samle kassen eller få den færdiglavet, så længe den er samlet uden brug af søm eller andre metalfastgørelseselementer. Samlingen skal udføres i flere trin:
- Fødevarefolie er opdelt i segmenter i henhold til størrelsen af krydsfinervæggene eller deres emner.
- Overfladerne på den fremtidige kasse er beklædt med folie på ydersiden. Den blanke side af folien skal vende udad.
- Tape væggene sammen på indersiden, og læg et par musemåtter på bunden af kassen.
- Kontroller omhyggeligt, at folielaget danner en sammenhængende skal, når låget lukkes, uden de mindste huller eller revner.
Den anden variant antager, at grundlaget for Faraday-buret med dine egne hænder er en metaltank (pot, kasse, kasse, kasse osv.), indeni hvilken isoleringen er arrangeret fra pap, den samme krydsfiner eller andet materiale. Det er ikke mindre vigtigt for denne konstruktion end for den ovenfor beskrevne, at låget skal sidde tæt på låget.
Skal jeg lave en jordforbindelse?
Der er ikke enighed om, hvorvidt en CF skal være jordet. Store konstruktioner og konstruktioner, der kan blive ramt af særligt kraftige elektriske stød, skal altid være jordet.
Jordforbindelse beskytter helt sikkert mod unormale situationer, hvor en akkumuleret stærk ladning kan "gennembryde" luftmiljøet og ramme en nærliggende genstand eller person.
Afprøvning af et hjemmelavet Faraday-bur
For at afprøve princippet om et Faraday-bur i praksis er det bedst at bruge en kompakt batteridrevet radiomodtager. Den skal være skruet op på maksimal lydstyrke og indstillet på den stærkeste FM-kanal, der er tilgængelig. Hvis cellen virker, vil radioen i den blive tavs.
Hvis modtageren er bare en smule hørbar, betyder det, at der ikke er opnået en hundrede procent afskærmning, og du bør lede efter huller i det ledende lag.
En mobiltelefon er også velegnet til at afprøve et selvmonteret kamera. Når den er inde i den, vil den ikke længere modtage signaler fra basestationen, hvilket betyder, at når du ringer til den, vil du høre en tilsvarende besked fra mobiloperatørens automatiske meddeler.
Relaterede artikler:
