1800-luvun nerokas tiedemies ja keksijä Michael Faraday tunnetaan aktiivisesta työstään sähkön, sähkömagneettisen kentän ja niihin liittyvien fysikaalisten ilmiöiden parissa. Yksi hänen merkittävistä keksinnöistään oli Faradayn häkiksi kutsuttu suojarakenne. Seuraavassa tarkastellaan, mitä se on ja mitä käytännön arvoa keksinnöllä on.
Sisältö
Mikä on Faradayn häkki
Faradayn häkki on laatikko, jonka seinät ovat hyvin johtavaa metallia. Rakenne ei vaadi ulkoista virtaliitäntää, mutta se on yleensä maadoitettu. Häkin fyysinen vaikutus syntyy, kun se altistuu ulkoiselle tekijälle, joka on sähkömagneettinen säteily.
Ensimmäiset suojavaikutusta havainnollistavat rakenteet näyttivät tavalliselta häkiltä, mistä ilmiö sai nimensä. Itse asiassa "laatikon" lankaseinät tai rei'itetyt seinät ovat käteviä suljetun tilan sisällä olevien esineiden tai laitteiden visuaalista tarkastusta varten, mutta ne voidaan helposti korvata kiinteillä seinillä. Tärkeintä on, että materiaalin on oltava johtavaa.
Toimintaperiaate
Faradayn häkin toiminta perustuu siihen, että varaus jakautuu johtimen pinnalle, kun taas sen sisäpuoli pysyy neutraalina. Itse asiassa koko solu, joka koostuu johtavasta materiaalista, on yksi ainoa johdin, jonka "päät" saavat vastakkaisen varauksen. Tällöin syntyvä sähkövirta luo kentän, joka kompensoi ulkoisen vaikutuksen. Sähkökentän voimakkuus tällaisen rakenteen sisällä on nolla.
Mielenkiintoista on, että jos kenttä syntyy solun sisällä, vaikutus toimii myös. Tällöin varaus kuitenkin jakautuu verkon tai muun johtavan tason sisäpinnalle, eikä se pääse tunkeutumaan ulkopuolelle.
Englanninkielisessä terminologiassa QF:ää kutsutaan "Faraday shieldiksi" eli "Faraday shield/screeniksi". Tämä käsite kuvaa hyvin laitteen olemusta, joka kilven tai suojakilven tavoin heijastaa sisältöönsä vaikuttavat säteet.
On muistettava, että suojausvaikutus toimii vain vaihtelevassa magneettikentässä. Se ei häiritse pysyviä tai heikosti vaihtuvia magneettisia vaikutuksia, kuten maan luonnollista magneettista potentiaalia.
Sen määrittämiseksi, heijastaako Faradayn kammio korkeataajuista säteilyä, riittää, että tiedetään silmäkoko (jos johtava osa on tehty häkin muodossa) ja vaikuttavan aallonpituuden aallonpituus. Suunnitelma on tehokas, jos toinen arvo on suurempi kuin ensimmäinen.
QF-vaikutuksen soveltamisalueet
Faradayn havaitsemalla vaikutuksella ei ole ainoastaan tieteellistä merkitystä, vaan sillä on myös melko laaja käytännön sovellus. Yksinkertaisin esimerkki Faradayn häkistä löytyy jokapäiväisestä elämästä; se on lähes jokaisessa keittiössä - se on mikroaaltouuni. Sen viisi seinää on tehty paksuista teräslevyistä, ja oven kahden lasikerroksen välissä on metallikerros, jossa on rei'itettyjä reikiä näkyvyyden parantamiseksi.
Radiotaajuuskaappi
RF-koppi on sähkö-, magneetti- ja säteilysäteilyltä eristetty, yleensä pienen alueen huone. Sen seinät, lattia ja katto on varustettu hyvin johtavilla ritilöillä, jotka muodostavat suljetun, mutta ulkoisesti näkymättömän häkin.
MRI-huoneet
Lääketieteellisen magneettikuvauslaitteen kaltaiset huipputarkat laitteet edellyttävät huolellista suojausta ulkoisilta sähkömagneettisilta aalloilta. Pienikin ulkoinen vaikutus voi vaikuttaa tutkimuksen tuloksiin, minkä vuoksi huone, jossa magneettikuvauslaite sijaitsee, on täysin suojattu.
Laboratoriot
Laboratoriotesteissä on tärkeää paitsi käyttää kehittyneitä laitteita myös suojata ne luotettavasti ulkoisilta vaikutuksilta, kuten magneetti- ja sähkökentiltä, jotta saadaan tarkkoja tuloksia.
On ymmärrettävä, että tämä ei tarkoita ainoastaan tietyistä lähteistä peräisin olevaa suunnattua säteilyä, vaan myös sähkömagneettista melua, jota esiintyy jatkuvasti ilmakehässä, erityisesti asutuilla alueilla ja niiden läheisyydessä.
CF-vaikutuksen omaavien laitteiden laadullinen suojaus edellyttää erityisiä suunnittelulaskelmia ja ammattitaitoista asennusta.
Suojapuvut
Erityispuvut on kehitetty henkilöille, jotka työskentelevät alueilla, joilla on suuri sähköiskun vaara. Niiden ylempi kerros on valmistettu metallia sisältävästä kankaasta ja erotettu kehosta eristävällä materiaalilla. Jos laite altistuu staattiselle sähkövirralle tai sähkövirralle, varaus virtaa sarjan ulkovaippaa pitkin.
Suojavaatetus on välttämätön, kun työskennellään suurjännitelinjojen parissa. Jopa jännitteettömänä ne säilyttävät vaarallisen määrän staattista varausta, koska niissä on useita kilometrejä sähköjohtimia.
Hauskassa maailmassa
KF-ilmiö, joka on värikäs lavalla, on hyvin näyttävä. Usein käytetään pelkkää häkkiä, vaan pikemminkin näennäisesti painotonta kuorta, joka on valmistettu karkeasta verkosta, tai jopa erikoisvalmisteista pukua, joka muistuttaa tavanomaista vaatetusta. Tällöin virta syötetään mahdollisimman tehokkaasti esimerkiksi Tesla-keloilla tai vastaavilla laitteilla, jotka luovat varauksen sähköstaattisesta generaattorista.
Kotitekoinen Faradayn häkki omin käsin tekemällä
Jokapäiväisessä elämässä kotitekoisen häkin tekeminen voi olla tarpeen "piilottaa" vempaimia erilaisten aaltojen vaikutukselta, jotka voivat aiheuttaa häiriöitä herkässä elektronisessa "täytteessä".
Esimerkki tällaisesta rakenteesta on vanerilaatikko, joka on viimeistelty tietyllä tavalla. Koska vaneri toimii eristyskerroksena, sen on oltava täysin puhdas ja kuiva. Voit koota laatikon itse tai teettää sen valmiiksi, kunhan se on koottu ilman nauloja tai muita metallisia kiinnikkeitä. Kokoonpano on suoritettava useassa vaiheessa:
- Elintarvikekalvo jaetaan segmentteihin vaneriseinien tai niiden aihioiden koon mukaan.
- Tulevan laatikon pinnat on vuorattu ulkopuolelta foliolla. Folion kiiltävän puolen on oltava ulospäin.
- Teippaa seinät yhteen sisäpuolelta ja aseta laatikon pohjalle pari tietokoneen hiirimattoa.
- Tarkista huolellisesti, että kun kansi suljetaan, foliokerros muodostaa yhtenäisen kuoren, jossa ei ole pienintäkään aukkoa tai repeämää.
Toisessa vaihtoehdossa oletetaan, että Faradayn häkin perusta omin käsin on metallisäiliö (potti, laatikko, laatikko jne.), jonka sisällä eristys on järjestetty pahvista, samasta vanerista tai muusta materiaalista. Kannen tiukan istuvuuden edellytys on yhtä tärkeä tässä rakenteessa kuin edellä kuvatussa rakenteessa.
Pitääkö minun tehdä maadoitusyhteys?
Ei ole yksimielisyyttä siitä, onko CF maadoitettava. Suuret rakenteet ja rakenteet, joihin voi kohdistua erityisen voimakkaita sähköiskuja, on aina maadoitettava.
Maadoitus suojaa ehdottomasti epänormaaleilta tilanteilta, joissa kertynyt voimakas varaus voi "lävistää" ilmaympäristön ja osua lähellä olevaan esineeseen tai henkilöön.
Kotitekoisen Faradayn häkin testaus
Faradayn häkin periaatteen testaamiseksi käytännössä on parasta käyttää pientä paristokäyttöistä radiovastaanotinta. Sen äänenvoimakkuus on nostettava maksimiin ja se on viritettävä vahvimmalle saatavilla olevalle FM-kanavalle. Jos kännykkä toimii, siinä oleva radio hiljenee.
Jos vastaanotin on edes hieman kuultavissa, se tarkoittaa, että sataprosenttista suojausta ei ole saavutettu, ja sinun on etsittävä aukkoja johtavassa kerroksessa.
Matkapuhelin sopii myös itse kootun kameran testaamiseen. Kun se on sisällä, se lakkaa vastaanottamasta tukiaseman signaaleja, mikä tarkoittaa, että kun soitat siihen, kuulet vastaavan viestin matkapuhelinoperaattorin automaattiselta ilmoittajalta.
Aiheeseen liittyvät artikkelit:
