Scientifique et inventeur de génie du XIXe siècle, Michael Faraday est connu pour ses travaux actifs sur l'électricité, le champ électromagnétique et les phénomènes physiques connexes. L'une de ses découvertes importantes est une structure de protection appelée cage de Faraday. Nous examinerons ci-dessous ce qu'elle est et quelle valeur pratique cette invention représente.
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Qu'est-ce qu'une cage de Faraday ?
Une cage de Faraday est une boîte dont les parois sont en métal hautement conducteur. La construction ne nécessite pas de connexion électrique externe, mais est normalement mise à la terre. L'effet physique de la cage est produit lorsqu'elle est exposée à un facteur externe, qui est le rayonnement électromagnétique.
Les premières constructions à démontrer l'effet de blindage avaient l'apparence d'une cage ordinaire, ce qui a donné son nom au phénomène. En fait, les parois grillagées ou perforées de la "boîte" sont pratiques pour l'inspection visuelle d'objets ou de dispositifs à l'intérieur d'un espace clos, mais elles peuvent facilement être remplacées par des parois pleines. L'essentiel est que le matériau soit conducteur.
Principe de fonctionnement
L'action d'une cage de Faraday repose sur le fait que la charge est répartie sur la surface du conducteur, tandis que l'intérieur reste neutre. En fait, la cellule entière, constituée d'un matériau conducteur, est un conducteur unique, dont les "extrémités" acquièrent une charge opposée. Le courant électrique qui se produit dans ce cas crée un champ, qui compense l'influence extérieure. L'intensité du champ électrique à l'intérieur d'une telle structure est nulle.
Il est intéressant de noter que si le champ est généré à l'intérieur de la cellule, l'effet fonctionne également. Cependant, dans ce cas, la charge sera répartie sur la surface intérieure de la maille ou d'un autre plan conducteur et ne pourra pas pénétrer à l'extérieur.
Dans la terminologie anglophone, un QF est appelé "Faraday shield", c'est-à-dire "bouclier/écran de Faraday". Ce concept capture bien l'essence de l'appareil, qui, tel un bouclier ou un écran protecteur, reflète les rayons affectant son contenu.
Il convient de rappeler que l'effet de blindage ne fonctionne qu'avec un champ magnétique alternatif. Il n'interfère pas avec les influences magnétiques permanentes ou faiblement alternatives, telles que le potentiel magnétique naturel de la terre.
Pour déterminer si une chambre de Faraday réfléchira les rayonnements haute fréquence, il suffit de connaître la taille des mailles (si la partie conductrice est réalisée sous forme de cage) et la longueur d'onde d'influence. Le dessin est efficace si la deuxième valeur est supérieure à la première.
Domaines d'application de l'effet QF
L'effet découvert par Faraday a non seulement une signification scientifique, mais aussi une application pratique assez large. L'exemple le plus simple de cage de Faraday se trouve dans la vie de tous les jours ; elle est présente dans presque toutes les cuisines - il s'agit du four à micro-ondes. Ses cinq parois sont constituées d'épaisses plaques d'acier, et entre les deux couches de verre de la porte se trouve une couche métallique avec des trous perforés pour une meilleure visibilité.
Cabine de radiofréquence
Une cabine RF est une pièce isolée des rayonnements électriques, magnétiques et radiatifs, généralement d'une petite surface. Ses murs, son sol et son plafond sont équipés de grilles hautement conductrices qui forment une cage fermée mais invisible de l'extérieur.
Salles IRM
Un équipement de haute précision tel qu'un scanner IRM médical nécessite une protection minutieuse contre les ondes électromagnétiques externes. La moindre influence extérieure peut affecter les résultats de l'examen, c'est pourquoi la salle où se trouve la machine IRM est entièrement blindée.
Laboratoires
Lors des tests en laboratoire, il est important non seulement d'utiliser des équipements de pointe, mais aussi de les protéger de manière fiable contre les influences extérieures, telles que les champs magnétiques et électriques, afin d'obtenir des résultats précis.
Il faut comprendre qu'il ne s'agit pas seulement du rayonnement directionnel provenant de sources spécifiques, mais aussi du bruit électromagnétique, qui est constamment présent dans l'atmosphère, notamment dans et près des zones peuplées.
Le blindage qualitatif des équipements à effet CF nécessite des calculs de conception spéciaux et une installation professionnelle.
Combinaisons de protection
Des combinaisons spéciales ont été mises au point pour les personnes travaillant dans des zones présentant un risque élevé d'électrocution. Leur couche supérieure est constituée d'un tissu contenant du métal et séparée du corps par un matériau isolant. En cas d'exposition à un courant statique ou électrique résiduel, une charge s'écoule le long de la gaine extérieure du kit.
Les vêtements de protection sont indispensables pour travailler sur des lignes à haute tension. Même lorsqu'ils sont hors tension, ils conservent des niveaux dangereux de charge statique en raison des nombreux kilomètres de conducteurs électriques.
Dans un monde de plaisir
L'effet KF, qui est coloré sur scène, est très spectaculaire. Il s'agit souvent d'une simple cage, mais plutôt d'une coquille en apesanteur faite de mailles grossières ou même d'un costume spécialement conçu qui ressemble à des vêtements conventionnels. Dans ce cas, le courant est appliqué de la manière la plus efficace possible, par exemple au moyen de bobines de Tesla ou de dispositifs similaires, qui créent une charge à partir d'un générateur électrostatique.
Fabriquer une cage de Faraday de ses propres mains
Dans la vie de tous les jours, la fabrication d'une cage artisanale peut s'avérer nécessaire pour "cacher" les gadgets de l'action des différentes ondes, qui peuvent provoquer des perturbations dans la "farce" électronique sensible.
Un exemple d'une telle construction est une boîte en contreplaqué qui a été finie d'une certaine manière. Le contreplaqué agissant comme une couche isolante, il doit être parfaitement propre et sec. Vous pouvez assembler la boîte vous-même ou la faire confectionner, à condition qu'elle soit montée sans clous ni autres attaches métalliques. Le montage doit être effectué en plusieurs étapes :
- Le film alimentaire est divisé en segments, en fonction de la taille des parois en contreplaqué ou de leurs découpes.
- Les surfaces de la future boîte sont recouvertes d'une feuille d'aluminium à l'extérieur. La face brillante de la feuille doit être tournée vers l'extérieur.
- Collez les parois ensemble à l'intérieur et placez quelques tapis de souris d'ordinateur au fond de la boîte.
- Vérifiez soigneusement que, lorsque le couvercle est fermé, la couche de film forme une coquille continue, sans le moindre interstice ou déchirure.
La deuxième variante suppose que la base de la cage de Faraday de vos propres mains est un réservoir métallique (pot, boîte, coffret, etc.), à l'intérieur duquel est disposée l'isolation en carton, le même contreplaqué ou un autre matériau. La condition d'un ajustement serré du couvercle n'est pas moins importante pour cette construction que pour celle décrite ci-dessus.
Dois-je faire une connexion à la terre ?
Il n'y a pas de consensus sur la question de savoir si un CF doit être mis à la terre. Les grandes structures et les structures qui peuvent être affectées par des chocs électriques particulièrement forts doivent toujours être mises à la terre.
La mise à la terre protège définitivement contre les situations anormales où une forte charge accumulée peut "percer" l'environnement aérien et toucher un objet ou une personne à proximité.
Test d'une cage de Faraday faite maison
Pour tester le principe d'une cage de Faraday dans la pratique, il est préférable d'utiliser un récepteur radio compact alimenté par des piles. Il doit être réglé sur le volume maximum et sur la chaîne FM la plus puissante disponible. Si la cellule fonctionne, la radio qu'elle contient se taira.
Si le récepteur est même légèrement audible, cela signifie qu'un blindage à 100 % n'est pas atteint et vous devez rechercher des lacunes dans la couche conductrice.
Un téléphone portable convient également pour tester une caméra auto-assemblée. Une fois à l'intérieur, il cessera de recevoir les signaux de la station de base, ce qui signifie que lorsque vous l'appellerez, vous entendrez un message correspondant de l'informateur automatique de l'opérateur cellulaire.
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