De geniale wetenschapper en uitvinder van de XIXe eeuw Michael Faraday is bekend om zijn actieve werk met elektriciteit, elektromagnetische velden en aanverwante fysische verschijnselen. Een van zijn belangrijke ontdekkingen was een beschermende structuur, de kooi van Faraday. Hieronder zullen wij nagaan wat het is en welke praktische waarde de uitvinding vertegenwoordigt.
Inhoud
Wat is een kooi van Faraday
Een kooi van Faraday is een doos met wanden van sterk geleidend metaal. De constructie heeft geen externe stroomaansluiting nodig, maar is normaal geaard. Het fysische effect van de kooi ontstaat wanneer hij wordt blootgesteld aan een externe factor, namelijk elektromagnetische straling.
De eerste constructies die het afschermingseffect aantoonden, zagen eruit als een gewone kooi, waaraan het verschijnsel zijn naam dankt. In feite zijn de draadwanden of de geperforeerde wanden van de "doos" handig voor de visuele inspectie van voorwerpen of toestellen in een gesloten ruimte, maar zij kunnen gemakkelijk worden vervangen door massieve wanden. Het belangrijkste is dat het materiaal geleidend moet zijn.
Principe van werking
De werking van een kooi van Faraday is gebaseerd op het feit dat de lading aan de oppervlakte van de geleider wordt verdeeld, terwijl de binnenkant neutraal blijft. In feite is de hele cel, bestaande uit een geleidend materiaal, één enkele geleider, waarvan de "uiteinden" een tegengestelde lading krijgen. De elektrische stroom die in dit geval ontstaat, creëert een veld, dat de externe invloed compenseert. De elektrische veldsterkte in het inwendige van een dergelijke structuur is nul.
Interessant is dat als het veld in de cel wordt opgewekt, het effect ook werkt. In dit geval zal de lading echter worden verdeeld over het binnenoppervlak van het gaas of een ander geleidend vlak en niet in staat zijn naar buiten door te dringen.
In Engelstalige terminologie wordt een QF een "Faraday-schild" genoemd, d.w.z. "Faraday-schild/afscherming". Dit concept geeft goed de essentie weer van het toestel, dat als een schild of beschermend scherm de stralen weerkaatst die op de inhoud inwerken.
Er zij aan herinnerd dat het afschermingseffect alleen werkt bij een wisselend magnetisch veld. Zij heeft geen invloed op permanente of licht wisselende magnetische invloeden, zoals het natuurlijke magnetische potentieel van de aarde.
Om te bepalen of een kamer van Faraday hoogfrequente straling zal weerkaatsen, is het voldoende de maaswijdte (als het geleidende deel in de vorm van een kooi is gemaakt) en de golflengte van de beïnvloedende golflengte te kennen. Het ontwerp is effectief als de tweede waarde groter is dan de eerste.
Toepassingsgebieden van het QF-effect
Het door Faraday ontdekte effect heeft niet alleen een wetenschappelijke betekenis, maar ook een vrij ruime praktische toepassing. Het eenvoudigste voorbeeld van een kooi van Faraday is te vinden in het dagelijks leven; het is aanwezig in bijna elke keuken - het is een microgolfoven. De vijf wanden zijn gemaakt van dikke stalen platen, en tussen de twee lagen glas in de deur bevindt zich een metalen laag met geperforeerde gaten voor een beter zicht.
Radiofrequentie cabine
Een RF-cabine is een ruimte die geïsoleerd is van elektrische, magnetische en uitgestraalde straling, gewoonlijk van een klein oppervlak. De wanden, de vloer en het plafond zijn voorzien van sterk geleidende roosters die een gesloten, maar van buitenaf onzichtbare kooi vormen.
MRI-kamers
Uiterst precieze apparatuur zoals een medische MRI-scanner vereist een zorgvuldige bescherming tegen externe elektromagnetische golven. De geringste invloed van buitenaf kan de resultaten van het onderzoek beïnvloeden, en daarom is de ruimte waar het MRI-apparaat staat volledig afgeschermd.
Laboratoria
Bij laboratoriumproeven is het niet alleen van belang de meest geavanceerde apparatuur te gebruiken, maar deze ook op betrouwbare wijze af te schermen tegen invloeden van buitenaf, zoals magnetische en elektrische velden, om nauwkeurige resultaten te verkrijgen.
Er zij op gewezen dat het hier niet alleen gaat om gerichte straling van specifieke bronnen, maar ook om elektromagnetische ruis, die voortdurend aanwezig is in de atmosfeer, vooral in en nabij bevolkte gebieden.
Kwalitatieve afscherming van apparatuur met een CF-effect vereist speciale ontwerpberekeningen en een professionele installatie.
Beschermende pakken
Er zijn speciale pakken ontwikkeld voor mensen die werken in gebieden met een hoog risico op elektrocutie. De bovenlaag is gemaakt van een metaalhoudend weefsel en van het lichaam gescheiden door isolerend materiaal. Bij blootstelling aan residuele statische of elektrische stroom vloeit er een lading langs de buitenmantel van de kit.
Beschermende kleding is onontbeerlijk bij werkzaamheden aan hoogspanningslijnen. Zelfs wanneer zij spanningsloos zijn, houden zij gevaarlijke niveaus van statische lading vast als gevolg van de vele kilometers elektrische geleiders.
In een wereld van plezier
Het KF-effect, dat op het toneel kleurrijk is, is zeer spectaculair. Vaak wordt een eenvoudige kooi gebruikt, maar eerder een schijnbaar gewichtloos omhulsel van grof gaas of zelfs een speciaal geconstrueerd kostuum dat lijkt op conventionele kleding. In dit geval wordt de stroom zo doeltreffend mogelijk aangelegd, bij voorbeeld door middel van Tesla-spoelen of soortgelijke toestellen, die een lading opwekken uit een elektrostatische generator.
Met je eigen handen een zelfgemaakte kooi van Faraday maken
In het dagelijks leven kan het maken van een zelfgemaakte kooi noodzakelijk zijn om gadgets te "verbergen" tegen de inwerking van verschillende golven, die storingen kunnen veroorzaken in de gevoelige elektronische "vulling".
Een voorbeeld van zo'n constructie is een triplexkist die op een bepaalde manier is afgewerkt. Aangezien het triplex als isolatielaag fungeert, moet het perfect schoon en droog zijn. U kunt de kist zelf in elkaar zetten of kant-en-klaar laten maken, zolang hij maar in elkaar wordt gezet zonder gebruik van spijkers of andere metalen bevestigingsmiddelen. De montage moet in verschillende stappen worden uitgevoerd:
- Levensmiddelenfolie wordt in segmenten verdeeld, naar gelang van de afmetingen van de triplexwanden of de blanks ervan.
- De oppervlakken van de toekomstige doos zijn aan de buitenkant bekleed met folie. De glanzende kant van de folie moet naar buiten wijzen.
- Tape de wanden aan de binnenkant aan elkaar en leg een paar muismatten op de bodem van de doos.
- Controleer zorgvuldig of de folielaag, wanneer het deksel gesloten is, een ononderbroken omhulsel vormt, zonder de minste spleet of scheur.
De tweede variant gaat ervan uit dat de basis van de kooi van Faraday met eigen handen een metalen tank is (pot, doos, kist, enz.), waarbinnen de isolatie is aangebracht van karton, hetzelfde triplex of een ander materiaal. De voorwaarde van een goede passing van het deksel is voor deze constructie niet minder belangrijk dan voor de hierboven beschreven constructie.
Moet ik een aardverbinding maken?
Er bestaat geen consensus over de vraag of een CF geaard moet zijn. Grote constructies en bouwwerken die door bijzonder sterke elektrische schokken kunnen worden getroffen, moeten altijd worden geaard.
Aarding biedt beslist bescherming tegen abnormale situaties waarbij een opgehoopte sterke lading de luchtomgeving kan "doorboren" en een nabijgelegen voorwerp of persoon kan raken.
Het testen van een zelfgemaakte kooi van Faraday
Om het principe van een kooi van Faraday in de praktijk te testen, kan het beste een compacte radio-ontvanger op batterijen worden gebruikt. Het volume moet maximaal zijn en de zender moet afgestemd zijn op het sterkste FM-kanaal dat beschikbaar is. Als de cel werkt, zal de radio erin zwijgen.
Indien de ontvanger ook maar enigszins hoorbaar is, betekent dit dat geen honderd procent afscherming wordt bereikt en moet worden gezocht naar leemten in de geleidende laag.
Een mobiele telefoon is ook geschikt om een zelfgebouwde camera te testen. Eenmaal binnen, zal het geen signalen meer ontvangen van het basisstation, wat betekent dat wanneer je het belt, je een overeenkomstige boodschap zal horen van de geautomatiseerde informant van de mobiele operator.
Verwante artikelen:
