A XIX. század zseniális tudósa és feltalálója, Michael Faraday az elektromossággal, az elektromágneses mezővel és a kapcsolódó fizikai jelenségekkel kapcsolatos aktív munkásságáról ismert. Egyik jelentős felfedezése a Faraday-kalitkának nevezett védőszerkezet volt. Az alábbiakban megvizsgáljuk, hogy mi is ez, és milyen gyakorlati értéket képvisel a találmány.
Tartalomjegyzék
Mi az a Faraday-ketrec
A Faraday-ketrec egy olyan doboz, amelynek falai erősen vezető fémből készültek. A szerkezet nem igényel külső tápcsatlakozást, de általában földelt. A ketrec fizikai hatása akkor keletkezik, amikor külső tényezőnek, azaz elektromágneses sugárzásnak van kitéve.
Az árnyékoló hatást demonstráló első szerkezetek egy közönséges ketrecnek tűntek, amelyről a jelenség a nevét kapta. Valójában a "doboz" drót- vagy perforált falai kényelmesek a zárt térben lévő tárgyak vagy eszközök vizuális ellenőrzésére, de könnyen helyettesíthetők szilárd falakkal. A legfontosabb, hogy az anyagnak vezetőképesnek kell lennie.
Működési elv
A Faraday-kalitka hatása azon alapul, hogy a töltés a vezető felületén oszlik el, míg a belső tér semleges marad. Valójában az egész, vezető anyagból álló cella egyetlen vezető, amelynek "végei" ellentétes töltést kapnak. Az ilyenkor keletkező elektromos áram olyan mezőt hoz létre, amely kompenzálja a külső hatást. Egy ilyen szerkezet belsejében az elektromos térerősség nulla.
Érdekes módon, ha a mezőt a sejten belül generálják, a hatás szintén működik. Ebben az esetben azonban a töltés a háló vagy más vezető sík belső felületén fog eloszlani, és nem lesz képes kívülre hatolni.
Az angol nyelvű terminológiában a QF-et "Faraday shield"-nek, azaz "Faraday-pajzsnak/ernyőnek" nevezik. Ez a koncepció jól érzékelteti a készülék lényegét, amely pajzsként vagy védőernyőként tükrözi a tartalmát érő sugarakat.
Nem szabad elfelejteni, hogy az árnyékoló hatás csak váltakozó mágneses tér esetén működik. Nem zavarja az állandó vagy gyengén váltakozó mágneses hatásokat, mint például a föld természetes mágneses potenciálját.
Annak meghatározásához, hogy egy Faraday-kamra visszaveri-e a nagyfrekvenciás sugárzást, elegendő ismerni a hálóméretet (ha a vezető rész ketrec formájában készül) és a befolyásoló hullámhosszot. A terv akkor hatékony, ha a második érték nagyobb, mint az első.
A QF-hatás alkalmazási területei
A Faraday által felfedezett hatásnak nemcsak tudományos jelentősége van, hanem meglehetősen széleskörű gyakorlati alkalmazása is. A Faraday-kalitka legegyszerűbb példája megtalálható a mindennapi életben; szinte minden konyhában megtalálható - ez a mikrohullámú sütő. Öt fala vastag acéllemezekből készült, az ajtó két üvegrétege között pedig egy fémréteg található, amelyen perforált lyukak vannak a jobb láthatóság érdekében.
Rádiófrekvenciás kabin
Az RF fülke egy elektromos, mágneses és sugárzott sugárzástól szigetelt, általában kis területű helyiség. A falak, a padló és a mennyezet nagy vezetőképességű rácsokkal van ellátva, amelyek egy zárt, de kívülről láthatatlan ketrecet alkotnak.
MRI-szobák
Az olyan nagy pontosságú berendezések, mint az orvosi MRI-berendezések, gondos védelmet igényelnek a külső elektromágneses hullámok ellen. A legkisebb külső hatás is befolyásolhatja a vizsgálat eredményét, ezért az MRI-készülék helyisége teljesen árnyékolt.
Laboratóriumok
A laboratóriumi vizsgálatok során nemcsak a korszerű berendezések használata fontos, hanem az is, hogy megbízhatóan árnyékolják azokat a külső hatásoktól, például a mágneses és elektromos mezőktől, a pontos eredmények érdekében.
Meg kell érteni, hogy ez nem csak a konkrét forrásokból származó irányított sugárzást jelenti, hanem az elektromágneses zajt is, amely folyamatosan jelen van a légkörben, különösen a lakott területeken és azok közelében.
A CF hatású berendezések minőségi árnyékolása speciális tervezési számításokat és szakszerű telepítést igényel.
Védőruhák
Az áramütésveszélyes területeken dolgozó emberek számára speciális öltözeteket fejlesztettek ki. Felső rétegük fémtartalmú szövetből készül, és a testtől szigetelőanyaggal van elválasztva. Statikus vagy elektromos áramnak való kitettség esetén a készlet külső köpenyén töltés áramlik lefelé.
A nagyfeszültségű vezetékeken végzett munka során elengedhetetlen a védőruházat. A sok kilométernyi elektromos vezeték miatt még áramtalanítva is veszélyes mértékű statikus töltés marad bennük.
A szórakozás világában
A színpadon színes KF-effekt nagyon látványos. Gyakran nem egyszerű ketrecet használnak, hanem inkább egy látszólag súlytalannak tűnő, durva hálóból készült burok, vagy akár egy speciálisan kialakított, hagyományos ruházatra emlékeztető jelmez. Ebben az esetben az áramot a lehető leghatékonyabban alkalmazzák, például Tesla-tekercsek vagy hasonló eszközök segítségével, amelyek egy elektrosztatikus generátorból töltést hoznak létre.
Házi Faraday-ketrec készítése saját kezűleg
A mindennapi életben szükség lehet egy házi készítésű ketrec elkészítésére, hogy "elrejtsük" a kütyüket a különböző hullámok hatása elől, amelyek zavarokat okozhatnak az érzékeny elektronikus "töltelékben".
Ilyen konstrukció például egy rétegelt lemezből készült doboz, amelyet egy bizonyos módon fejeztek be. Mivel a rétegelt lemez szigetelőrétegként működik, tökéletesen tisztának és száraznak kell lennie. A dobozt összeszerelheti saját maga, vagy készen is kaphatja, feltéve, hogy szögek vagy más fémkötőelemek használata nélkül szerelik össze. Az összeszerelést több lépésben kell elvégezni:
- Az élelmiszerfóliát szegmensekre osztják, a rétegelt lemezfalak vagy a fóliák méretének megfelelően.
- A leendő doboz felületeit kívülről fóliával bélelik. A fólia fényes oldalának kifelé kell mutatnia.
- Ragassza össze a falakat belülről, és helyezzen néhány egérpadot a doboz aljára.
- Gondosan ellenőrizze, hogy a fedél lezárásakor a fóliaréteg összefüggő héjat képezzen, a legkisebb hézagok vagy szakadások nélkül.
A második változat feltételezi, hogy a saját kezű Faraday-ketrec alapja egy fémtartály (edény, doboz, doboz, doboz stb.), amelyen belül egy kartonpapírból, ugyanolyan rétegelt lemezből vagy más anyagból készült szigetelés van elrendezve. A fedél szoros illeszkedésének feltétele ugyanolyan fontos ennél a konstrukciónál, mint a fent leírtaknál.
Kell-e földelési kapcsolatot létesítenem?
Nincs egyetértés abban, hogy a CF-nek földeltnek kell-e lennie. A nagyméretű szerkezeteket és a különösen erős áramütésnek kitett szerkezeteket mindig földelni kell.
A földelés határozottan védelmet nyújt az olyan rendellenes helyzetek ellen, amikor a felgyülemlett erős töltés "áttörhet" a levegőn, és eltalálhat egy közeli tárgyat vagy személyt.
Egy házi készítésű Faraday-ketrec tesztelése
A Faraday-kalitka elvének gyakorlati kipróbálásához a legjobb, ha egy kompakt, elemmel működő rádióvevőt használunk. A készüléket maximális hangerőre kell állítani, és a legerősebb FM-csatornára kell hangolni. Ha a cella működik, a benne lévő rádió elhallgat.
Ha a vevő akár csak enyhén is hallható, az azt jelenti, hogy a száz százalékos árnyékolás nem valósult meg, és meg kell keresni a vezető rétegben lévő réseket.
Egy mobiltelefon is alkalmas a saját maga által összeállított kamera tesztelésére. Ha már bent van, nem fogadja a bázisállomás jeleit, ami azt jelenti, hogy ha hívja, a mobilszolgáltató automatizált informátorának megfelelő üzenetét hallja.
Kapcsolódó cikkek:
