Il geniale scienziato e inventore del XIX secolo Michael Faraday è noto per il suo lavoro attivo con l'elettricità, il campo elettromagnetico e i fenomeni fisici correlati. Una delle sue scoperte significative fu una struttura protettiva chiamata gabbia di Faraday. Di seguito esamineremo cos'è e quale valore pratico rappresenta l'invenzione.
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Cos'è una gabbia di Faraday
Una gabbia di Faraday è una scatola con pareti di metallo altamente conduttivo. La costruzione non richiede alcun collegamento elettrico esterno, ma è normalmente messa a terra. L'effetto fisico della gabbia si produce quando è esposta a un fattore esterno, che è la radiazione elettromagnetica.
Le prime costruzioni per dimostrare l'effetto di schermatura avevano l'aspetto di una gabbia ordinaria, che ha dato il nome al fenomeno. Infatti, le pareti metalliche o perforate della "scatola" sono comode per l'ispezione visiva di oggetti o dispositivi all'interno di uno spazio chiuso, ma possono essere facilmente sostituite da quelle solide. La cosa principale è che il materiale deve essere conduttivo.
Principio di funzionamento
L'azione di una gabbia di Faraday si basa sul fatto che la carica si distribuisce sulla superficie del conduttore, mentre l'interno rimane neutro. Infatti, l'intera cella, costituita da un materiale conduttore è un unico conduttore, le cui "estremità" acquisiscono una carica opposta. La corrente elettrica che nasce in questo caso crea un campo, che compensa l'influenza esterna. L'intensità del campo elettrico all'interno di una tale struttura è zero.
È interessante notare che se il campo è generato all'interno della cella, l'effetto funziona anche. Tuttavia, in questo caso, la carica sarà distribuita sulla superficie interna della maglia o di un altro piano conduttore e non potrà penetrare all'esterno.
Nella terminologia anglofona, un QF è chiamato "Faraday shield", cioè "scudo/schermo di Faraday". Questo concetto cattura bene l'essenza del dispositivo, che, come uno scudo o uno schermo protettivo, riflette i raggi che colpiscono il suo contenuto.
Bisogna ricordare che l'effetto schermante funziona solo con un campo magnetico alternato. Non interferisce con le influenze magnetiche permanenti o debolmente alternate, come il potenziale magnetico naturale della terra.
Per determinare se una camera di Faraday rifletterà la radiazione ad alta frequenza, è sufficiente conoscere la dimensione delle maglie (se la parte conduttiva è fatta a forma di gabbia) e la lunghezza d'onda che influenza. Il disegno è efficace se il secondo valore è maggiore del primo.
Aree di applicazione dell'effetto QF
L'effetto scoperto da Faraday non ha solo un significato scientifico, ma anche un'applicazione pratica abbastanza ampia. L'esempio più semplice di una gabbia di Faraday si trova nella vita quotidiana; è presente in quasi tutte le cucine - è un forno a microonde. Le sue cinque pareti del corpo sono fatte di piastre d'acciaio abbastanza spesse, e tra i due strati di vetro nella porta c'è uno strato di metallo con fori perforati per una migliore visibilità.
Cabina a radiofrequenza
Un cubicolo RF è una stanza isolata dalle radiazioni elettriche, magnetiche e irradiate, di solito di una piccola area. Le sue pareti, il pavimento e il soffitto sono dotati di griglie altamente conduttive che formano una gabbia chiusa ma invisibile dall'esterno.
Sale di risonanza magnetica
Apparecchiature di alta precisione come uno scanner MRI medico richiedono un'attenta protezione contro le onde elettromagnetiche esterne. La minima influenza esterna può influenzare i risultati dell'esame, ed è per questo che la stanza dove si trova la macchina per la risonanza magnetica è completamente schermata.
Laboratori
Nei test di laboratorio, è importante non solo utilizzare attrezzature avanzate, ma anche schermarle in modo affidabile dalle influenze esterne, come i campi magnetici ed elettrici, al fine di ottenere risultati accurati.
Si deve capire che questo non significa solo la radiazione direzionale da fonti specifiche, ma anche il rumore elettromagnetico, che è costantemente presente nell'atmosfera, soprattutto nelle aree popolate e nelle loro vicinanze.
La schermatura qualitativa delle apparecchiature con effetto CF richiede calcoli di progettazione speciali e un'installazione professionale.
Tute protettive
Sono state sviluppate tute speciali per le persone che lavorano in aree ad alto rischio di elettrocuzione. Il loro strato superiore è fatto di un tessuto contenente metallo e separato dal corpo da materiale isolante. In caso di esposizione a una corrente statica o elettrica residua, una carica scorre lungo il rivestimento esterno del kit.
L'abbigliamento protettivo è indispensabile quando si lavora sulle linee ad alta tensione. Anche quando non sono sotto tensione, mantengono livelli pericolosi di carica statica a causa dei molti chilometri di conduttori elettrici.
In un mondo di divertimento
L'effetto KF, che è colorato sul palco, è molto spettacolare. Spesso viene usata una semplice gabbia, ma piuttosto un involucro apparentemente senza peso di grandi maglie o anche un costume appositamente costruito che assomiglia all'abbigliamento convenzionale. In questo caso la corrente è applicata nel modo più efficace possibile, per esempio, per mezzo di bobine di Tesla o dispositivi simili, che creano una carica da un generatore elettrostatico.
Fare una gabbia di Faraday fatta in casa con le proprie mani
Nella vita di tutti i giorni, fare una gabbia fatta in casa può essere necessario per "nascondere" i gadget dall'azione di varie onde, che possono causare disturbi nel sensibile "ripieno" elettronico.
Un esempio di tale costruzione è una scatola di compensato che è stata rifinita in un certo modo. Poiché il compensato funge da strato isolante, deve essere perfettamente pulito e asciutto. Potete assemblare la scatola da soli o averla già pronta, purché sia assemblata senza l'uso di chiodi o altri elementi di fissaggio metallici. Il montaggio deve essere effettuato in diverse fasi:
- Il foglio alimentare è diviso in segmenti, secondo la dimensione delle pareti di compensato o dei loro grezzi.
- Le superfici della futura scatola sono foderate all'esterno con un foglio di alluminio. Il lato lucido della pellicola deve essere rivolto verso l'esterno.
- Fissate le pareti all'interno con del nastro adesivo e mettete un paio di tappetini per il mouse sul fondo della scatola.
- Controllate attentamente che quando il coperchio è chiuso, lo strato di lamina formi un guscio continuo, senza la minima lacuna o strappo.
La seconda variante presuppone che la base della gabbia di Faraday con le proprie mani sia un serbatoio di metallo (vaso, scatola, scatola, ecc.), all'interno del quale l'isolamento è disposto da cartone, lo stesso compensato o altro materiale. La condizione di tenuta del coperchio non è meno importante per questa costruzione che per quella descritta sopra.
Devo fare un collegamento a terra?
Non c'è consenso sul fatto che un CF debba essere messo a terra. Le grandi strutture e le strutture che possono essere colpite da scosse elettriche particolarmente forti devono essere sempre messe a terra.
La messa a terra protegge sicuramente da situazioni anomale in cui una forte carica accumulata può "bucare" l'ambiente aereo e colpire un oggetto o una persona vicina.
Testare una gabbia di Faraday fatta in casa
Per testare il principio di una gabbia di Faraday nella pratica, è meglio utilizzare un ricevitore radio compatto alimentato a batteria. Deve essere alzato al massimo del volume e sintonizzato sul canale FM più forte disponibile. Se la cellula funziona, la radio che c'è dentro diventerà silenziosa.
Se il ricevitore è anche solo leggermente udibile, significa che non si è raggiunto il cento per cento di schermatura e bisogna cercare dei vuoti nello strato conduttivo.
Un telefono cellulare è anche adatto per testare una macchina fotografica auto-assemblata. Una volta dentro, smetterà di ricevere i segnali della stazione base, il che significa che quando lo chiami, sentirai un messaggio corrispondente dall'informatore automatico dell'operatore cellulare.
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