Genialny naukowiec i wynalazca XIX wieku Michael Faraday jest znany ze swojej aktywnej pracy nad elektrycznością, polem elektromagnetycznym i pokrewnymi zjawiskami fizycznymi. Jednym z jego znaczących odkryć była konstrukcja ochronna zwana klatką Faradaya. Poniżej sprawdzimy, czym jest i jaką wartość praktyczną przedstawia ten wynalazek.
Spis treści
Co to jest klatka Faradaya
Klatka Faradaya to pudełko ze ściankami z metalu o wysokiej przewodności. Konstrukcja nie wymaga żadnego zewnętrznego podłączenia do zasilania, ale jest normalnie uziemiona. Efekt fizyczny klatki powstaje, gdy jest ona wystawiona na działanie czynnika zewnętrznego, którym jest promieniowanie elektromagnetyczne.
Pierwsze konstrukcje demonstrujące efekt ekranowania miały wygląd zwykłej klatki, od której zjawisko to wzięło swoją nazwę. W rzeczywistości druciane lub perforowane ścianki "skrzynki" są wygodne do kontroli wzrokowej przedmiotów lub urządzeń znajdujących się w zamkniętej przestrzeni, ale można je łatwo zastąpić ściankami pełnymi. Najważniejsze jest to, że materiał musi być przewodzący.
Zasada działania
Działanie klatki Faradaya opiera się na tym, że ładunek jest rozprowadzany na powierzchni przewodnika, podczas gdy wnętrze pozostaje neutralne. W rzeczywistości cała komórka, zbudowana z materiału przewodzącego, jest pojedynczym przewodnikiem, którego "końce" nabierają przeciwnego ładunku. Powstający w tym przypadku prąd elektryczny wytwarza pole, które kompensuje wpływy zewnętrzne. Natężenie pola elektrycznego we wnętrzu takiej struktury jest równe zeru.
Co ciekawe, jeśli pole jest wytwarzane wewnątrz komórki, efekt ten również działa. Jednak w tym przypadku ładunek zostanie rozłożony na wewnętrznej powierzchni siatki lub innej płaszczyzny przewodzącej i nie będzie mógł przedostać się na zewnątrz.
W terminologii anglojęzycznej QF nazywany jest "Faraday shield", czyli "ekran Faradaya". Koncepcja ta dobrze oddaje istotę urządzenia, które - niczym tarcza lub ekran ochronny - odbija promienie oddziałujące na jego zawartość.
Należy pamiętać, że efekt ekranowania działa tylko w przypadku zmiennego pola magnetycznego. Nie zakłócają go stałe lub słabo zmienne wpływy magnetyczne, takie jak naturalny potencjał magnetyczny ziemi.
Aby określić, czy komora Faradaya będzie odbijać promieniowanie o wysokiej częstotliwości, wystarczy znać rozmiar oczek siatki (jeśli część przewodząca jest wykonana w formie klatki) i długość fali wpływającej. Konstrukcja jest skuteczna, jeśli druga wartość jest większa od pierwszej.
Obszary zastosowania efektu QF
Efekt odkryty przez Faradaya ma nie tylko znaczenie naukowe, ale także dość szerokie zastosowanie praktyczne. Najprostszy przykład klatki Faradaya można znaleźć w życiu codziennym; jest ona obecna w prawie każdej kuchni - to kuchenka mikrofalowa. Jego pięć ścian jest wykonanych z grubej blachy stalowej, a pomiędzy dwiema warstwami szkła w drzwiach znajduje się metalowa warstwa z perforowanymi otworami zapewniającymi lepszą widoczność.
Kabina o częstotliwości radiowej
Kabina RF to pomieszczenie izolowane od promieniowania elektrycznego, magnetycznego i radiacyjnego, zwykle o niewielkiej powierzchni. Jego ściany, podłoga i sufit są wyposażone w kratki o wysokiej przewodności, które tworzą zamkniętą, ale niewidoczną z zewnątrz klatkę.
Sale rezonansu magnetycznego
Precyzyjny sprzęt, taki jak medyczny skaner MRI, wymaga starannej ochrony przed zewnętrznymi falami elektromagnetycznymi. Najmniejszy wpływ czynników zewnętrznych może wpłynąć na wyniki badania, dlatego pomieszczenie, w którym znajduje się aparat MRI, jest w pełni ekranowane.
Laboratoria
W badaniach laboratoryjnych, w celu uzyskania dokładnych wyników, ważne jest nie tylko stosowanie zaawansowanego sprzętu, ale także niezawodne ekranowanie go przed wpływami zewnętrznymi, takimi jak pola magnetyczne i elektryczne.
Należy rozumieć, że nie chodzi tu tylko o promieniowanie kierunkowe z określonych źródeł, ale także o szum elektromagnetyczny, który jest stale obecny w atmosferze, zwłaszcza na terenach zaludnionych i w ich pobliżu.
Jakościowe ekranowanie urządzeń z efektem CF wymaga specjalnych obliczeń projektowych i profesjonalnej instalacji.
Kombinezony ochronne
Specjalne kombinezony zostały opracowane dla osób pracujących w miejscach o wysokim ryzyku porażenia prądem. Ich górna warstwa jest wykonana z tkaniny zawierającej metal i oddzielona od ciała materiałem izolacyjnym. W przypadku wystawienia na działanie szczątkowego ładunku elektrostatycznego lub prądu elektrycznego, ładunek przepływa po zewnętrznej powłoce zestawu.
Odzież ochronna jest niezbędna podczas pracy przy liniach wysokiego napięcia. Nawet po odłączeniu od napięcia, ze względu na wielokilometrowe przewody elektryczne, zachowują one niebezpieczny poziom ładunków elektrostatycznych.
W świecie zabawy
Efekt KF, który na scenie jest kolorowy, jest bardzo spektakularny. Często stosuje się zwykłą klatkę, ale raczej pozornie nieważką kopertę z dużych oczek lub nawet specjalnie skonstruowany kostium przypominający zwykłe ubranie. W tym przypadku prąd jest doprowadzany w sposób jak najbardziej efektywny, na przykład za pomocą cewek Tesli lub podobnych urządzeń, które wytwarzają ładunek z generatora elektrostatycznego.
Własnoręczne wykonanie domowej klatki Faradaya
W życiu codziennym wykonanie domowej klatki może być konieczne, aby "ukryć" gadżety przed działaniem różnych fal, które mogą powodować zakłócenia w czułym elektronicznym "opakowaniu".
Przykładem takiej konstrukcji jest skrzynka ze sklejki, która została wykończona w określony sposób. Ponieważ sklejka pełni funkcję warstwy izolacyjnej, musi być idealnie czysta i sucha. Skrzynkę można zmontować samodzielnie lub zlecić wykonanie gotowej, pod warunkiem, że jest ona zmontowana bez użycia gwoździ lub innych metalowych elementów złącznych. Montaż należy przeprowadzić w kilku etapach:
- Folia spożywcza jest podzielona na segmenty, w zależności od wielkości ścian sklejki lub ich wykrojów.
- Powierzchnie przyszłego pudełka są od zewnątrz wyłożone folią. Błyszcząca strona folii powinna być skierowana na zewnątrz.
- Sklej ścianki od wewnątrz i umieść kilka podkładek pod mysz na dnie pudełka.
- Należy dokładnie sprawdzić, czy po zamknięciu pokrywy warstwa folii tworzy ciągłą powłokę, bez najmniejszych szczelin lub rozdarć.
Drugi wariant zakłada, że podstawą własnoręcznie wykonanej klatki Faradaya jest metalowy zbiornik (garnek, skrzynka, pudełko itp.), wewnątrz którego ułożona jest izolacja z kartonu, takiej samej sklejki lub innego materiału. Warunek szczelnego dopasowania pokrywy jest nie mniej ważny w przypadku tej konstrukcji niż w przypadku konstrukcji opisanej powyżej.
Czy trzeba wykonać połączenie uziemiające?
Nie ma zgodności co do tego, czy CF musi być uziemiony. Duże konstrukcje i konstrukcje, na które mogą oddziaływać szczególnie silne wstrząsy elektryczne, muszą być zawsze uziemione.
Uziemienie zdecydowanie chroni przed sytuacjami nietypowymi, w których skumulowany silny ładunek może "przeniknąć" do środowiska powietrznego i uderzyć w pobliski przedmiot lub osobę.
Testowanie domowej roboty klatki Faradaya
Aby sprawdzić zasadę działania klatki Faradaya w praktyce, najlepiej użyć niewielkiego odbiornika radiowego zasilanego bateriami. Należy ustawić go na maksymalną głośność i dostroić do najsilniejszego dostępnego kanału FM. Jeśli komórka działa, radio w niej zostanie wyciszone.
Jeśli odbiornik jest choć trochę słyszalny, oznacza to, że nie osiągnięto stuprocentowego ekranowania i należy szukać przerw w warstwie przewodzącej.
Do testowania samodzielnie zmontowanego aparatu fotograficznego nadaje się również telefon komórkowy. Po wejściu do środka przestanie odbierać sygnały stacji bazowych, co oznacza, że gdy zadzwonisz do niego, usłyszysz odpowiedni komunikat od automatycznego informatora operatora komórkowego.
Powiązane artykuły:
