Der geniale Wissenschaftler und Erfinder des XIX. Jahrhunderts Michael Faraday ist bekannt für seine aktive Arbeit mit Elektrizität, elektromagnetischen Feldern und verwandten physikalischen Phänomenen. Eine seiner wichtigsten Entdeckungen war eine Schutzstruktur, der so genannte Faraday-Käfig. Im Folgenden werden wir untersuchen, worum es sich dabei handelt und welchen praktischen Wert die Erfindung darstellt.
Inhalt
Was ist ein Faradayscher Käfig?
Ein Faradayscher Käfig ist ein Kasten mit Wänden aus hochleitfähigem Metall. Die Konstruktion benötigt keinen externen Stromanschluss, ist aber normalerweise geerdet. Die physikalische Wirkung des Käfigs entsteht, wenn er einem äußeren Faktor, nämlich elektromagnetischer Strahlung, ausgesetzt ist.
Die ersten Konstruktionen, die den Abschirmungseffekt demonstrierten, hatten das Aussehen eines gewöhnlichen Käfigs, was dem Phänomen seinen Namen gab. Die mit Draht oder Löchern versehenen Wände des "Kastens" sind für die visuelle Inspektion von Gegenständen oder Geräten in einem geschlossenen Raum praktisch, können aber leicht durch massive Wände ersetzt werden. Das Wichtigste ist, dass das Material leitfähig sein muss.
Funktionsprinzip
Die Wirkung eines Faradayschen Käfigs beruht auf der Tatsache, dass sich die Ladung auf der Oberfläche des Leiters verteilt, während das Innere neutral bleibt. In der Tat ist die gesamte Zelle, die aus einem leitfähigen Material besteht, ein einziger Leiter, dessen "Enden" eine entgegengesetzte Ladung erhalten. Der in diesem Fall entstehende elektrische Strom erzeugt ein Feld, das den äußeren Einfluss kompensiert. Die elektrische Feldstärke im Inneren einer solchen Struktur ist gleich Null.
Interessanterweise funktioniert der Effekt auch, wenn das Feld im Inneren der Zelle erzeugt wird. In diesem Fall verteilt sich die Ladung jedoch auf der inneren Oberfläche des Netzes oder einer anderen leitenden Fläche und kann nicht nach außen dringen.
In der englischsprachigen Terminologie wird ein QF als "Faraday shield", d. h. "Faraday-Abschirmung" bezeichnet. Dieses Konzept fasst das Wesen des Geräts gut zusammen, das wie ein Schild oder ein Schutzschirm die Strahlen reflektiert, die auf seinen Inhalt einwirken.
Es ist zu bedenken, dass die Abschirmwirkung nur bei einem magnetischen Wechselfeld funktioniert. Es stört nicht die permanenten oder schwach wechselnden magnetischen Einflüsse, wie das natürliche magnetische Potential der Erde.
Um festzustellen, ob eine Faraday-Kammer hochfrequente Strahlung reflektiert, genügt es, die Maschenweite (wenn der leitende Teil als Käfig ausgeführt ist) und die Wellenlänge der beeinflussenden Wellenlänge zu kennen. Das Muster ist wirksam, wenn der zweite Wert größer ist als der erste.
Anwendungsbereiche des QF-Effekts
Der von Faraday entdeckte Effekt hat nicht nur eine wissenschaftliche Bedeutung, sondern auch eine ziemlich breite praktische Anwendung. Das einfachste Beispiel für einen Faradayschen Käfig findet sich im Alltag; er ist in fast jeder Küche zu finden - es ist ein Mikrowellenherd. Seine fünf Wände bestehen aus dicken Stahlplatten, und zwischen den beiden Glasschichten in der Tür befindet sich eine Metallschicht mit perforierten Löchern für eine bessere Sicht.
Radiofrequenz-Kabine
Eine HF-Kabine ist ein Raum, der gegen elektrische, magnetische und gestrahlte Strahlung isoliert ist und in der Regel einen kleinen Bereich umfasst. Seine Wände, sein Boden und seine Decke sind mit hoch leitfähigen Gittern ausgestattet, die einen geschlossenen, aber von außen unsichtbaren Käfig bilden.
MRI-Räume
Hochpräzisionsgeräte wie ein medizinischer MRT-Scanner erfordern einen sorgfältigen Schutz vor externen elektromagnetischen Wellen. Geringste äußere Einflüsse können die Ergebnisse der Untersuchung beeinträchtigen, weshalb der Raum, in dem sich das MRT-Gerät befindet, vollständig abgeschirmt ist.
Laboratorien
Bei Labortests ist es nicht nur wichtig, moderne Geräte zu verwenden, um genaue Ergebnisse zu erhalten, sondern auch, sie zuverlässig gegen äußere Einflüsse wie magnetische und elektrische Felder abzuschirmen.
Damit ist nicht nur die gerichtete Strahlung bestimmter Quellen gemeint, sondern auch der elektromagnetische Lärm, der in der Atmosphäre ständig vorhanden ist, insbesondere in und in der Nähe von bewohnten Gebieten.
Die qualitative Abschirmung von Geräten mit CF-Effekt erfordert spezielle Konstruktionsberechnungen und eine professionelle Installation.
Schutzanzüge
Für Personen, die in Bereichen mit hohem Stromschlagrisiko arbeiten, wurden spezielle Schutzanzüge entwickelt. Ihre obere Schicht besteht aus einem metallhaltigen Gewebe und ist durch Isoliermaterial vom Körper getrennt. Im Falle von statischer Aufladung oder elektrischem Strom fließt eine Ladung am Außenmantel des Kits herunter.
Schutzkleidung ist bei Arbeiten an Hochspannungsleitungen unerlässlich. Selbst wenn sie stromlos sind, bleiben sie aufgrund der vielen Kilometer elektrischer Leitungen gefährlich statisch aufgeladen.
In einer Welt voller Spaß
Der KF-Effekt, der auf einer Bühne bunt ist, ist sehr spektakulär. Oft wird ein einfacher Käfig verwendet, aber eher eine scheinbar schwerelose Hülle aus grobem Gewebe oder sogar ein speziell konstruiertes Kostüm, das herkömmlicher Kleidung ähnelt. In diesem Fall wird der Strom so effektiv wie möglich angelegt, zum Beispiel mit Teslaspulen oder ähnlichen Geräten, die eine Ladung aus einem elektrostatischen Generator erzeugen.
Selbstbau eines Faradayschen Käfigs mit den eigenen Händen
Im Alltag kann es notwendig sein, einen selbstgebauten Käfig zu bauen, um Geräte vor der Einwirkung verschiedener Wellen zu "verstecken", die Störungen in der empfindlichen elektronischen "Füllung" verursachen können.
Ein Beispiel für eine solche Konstruktion ist eine Sperrholzkiste, die auf eine bestimmte Weise bearbeitet wurde. Da das Sperrholz als Isolierschicht dient, muss es absolut sauber und trocken sein. Sie können die Kiste selbst zusammenbauen oder sie von der Stange kaufen, solange sie ohne Nägel oder andere Metallteile zusammengebaut wird. Die Montage sollte in mehreren Schritten durchgeführt werden:
- Die Lebensmittelfolie ist in Segmente unterteilt, die sich nach der Größe der Sperrholzwände oder ihrer Zuschnitte richten.
- Die Oberflächen der Future Box sind außen mit Folie ausgekleidet. Die glänzende Seite der Folie sollte nach außen zeigen.
- Klebe die Wände auf der Innenseite zusammen und lege ein paar Mauspads auf den Boden der Box.
- Prüfen Sie sorgfältig, ob die Folienschicht beim Schließen des Deckels eine durchgehende Schale bildet, ohne die geringsten Lücken oder Risse.
Die zweite Variante geht davon aus, dass die Basis des Faradayschen Käfigs mit den eigenen Händen ein Metalltank (Topf, Kiste, Kasten, etc.) ist, in dem die Isolierung aus Pappe, dem gleichen Sperrholz oder anderem Material angeordnet ist. Die Bedingung eines festen Sitzes des Deckels ist bei dieser Konstruktion nicht weniger wichtig als bei der oben beschriebenen.
Muss ich eine Erdungsverbindung herstellen?
Es besteht kein Konsens darüber, ob ein CF geerdet sein muss. Große Bauwerke und Bauwerke, die von besonders starken Stromstößen betroffen sein können, müssen immer geerdet werden.
Die Erdung schützt definitiv vor anormalen Situationen, in denen eine angesammelte starke Ladung die Luft durchdringen" und einen nahe gelegenen Gegenstand oder eine Person treffen kann.
Test eines selbstgebauten Faradayschen Käfigs
Um das Prinzip des Faradayschen Käfigs in der Praxis zu testen, verwendet man am besten einen kompakten batteriebetriebenen Funkempfänger. Es sollte auf maximale Lautstärke und den stärksten verfügbaren FM-Kanal eingestellt sein. Wenn die Zelle funktioniert, verstummt das darin befindliche Radio.
Wenn der Empfänger auch nur leicht hörbar ist, bedeutet dies, dass keine hundertprozentige Abschirmung erreicht wurde und Sie nach Lücken in der leitenden Schicht suchen sollten.
Auch ein Mobiltelefon eignet sich für den Test einer selbstgebauten Kamera. Sobald es sich im Inneren befindet, empfängt es keine Signale von Basisstationen mehr, d. h., wenn Sie es anrufen, hören Sie eine entsprechende Nachricht vom automatischen Informanten des Mobilfunkbetreibers.
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