Geniálny vedec a vynálezca 19. storočia Michael Faraday je známy svojou aktívnou prácou s elektrinou, elektromagnetickým poľom a súvisiacimi fyzikálnymi javmi. Jedným z jeho významných objavov bola ochranná konštrukcia nazývaná Faradayova klietka. Nižšie sa budeme zaoberať tým, čo to je a akú praktickú hodnotu tento vynález predstavuje.
Obsah
Čo je Faradayova klietka
Faradayova klietka je škatuľa so stenami z vysoko vodivého kovu. Konštrukcia nevyžaduje žiadne externé pripojenie napájania, ale je bežne uzemnená. Fyzikálny účinok klietky vzniká, keď je vystavená vonkajšiemu faktoru, ktorým je elektromagnetické žiarenie.
Prvé konštrukcie, ktoré demonštrovali efekt tienenia, mali podobu obyčajnej klietky, ktorá dala tomuto javu názov. V skutočnosti sú drôtené alebo perforované steny "krabice" vhodné na vizuálnu kontrolu predmetov alebo zariadení v uzavretom priestore, ale možno ich ľahko nahradiť pevnými. Najdôležitejšie je, aby bol materiál vodivý.
Princíp fungovania
Pôsobenie Faradayovej klietky je založené na tom, že náboj je rozložený na povrchu vodiča, zatiaľ čo vnútro zostáva neutrálne. V skutočnosti je celý článok, pozostávajúci z vodivého materiálu, jedným vodičom, ktorého "konce" získavajú opačný náboj. Elektrický prúd vznikajúci v tomto prípade vytvára pole, ktoré kompenzuje vonkajší vplyv. Intenzita elektrického poľa vo vnútri takejto štruktúry je nulová.
Zaujímavé je, že ak sa pole vytvára vo vnútri bunky, tento efekt tiež funguje. V tomto prípade sa však náboj rozloží na vnútornom povrchu sieťky alebo inej vodivej roviny a nebude môcť preniknúť von.
V anglicky hovoriacej terminológii sa QF nazýva "Faraday shield", t. j. "Faradayov štít/obrazovka". Tento koncept dobre vystihuje podstatu zariadenia, ktoré ako štít alebo ochranná obrazovka odráža lúče pôsobiace na jeho obsah.
Treba si uvedomiť, že tieniaci efekt funguje len pri striedavom magnetickom poli. Nerušia ho trvalé alebo slabo striedavé magnetické vplyvy, ako je prirodzený magnetický potenciál Zeme.
Na určenie toho, či Faradayova komora bude odrážať vysokofrekvenčné žiarenie, stačí poznať veľkosť oka (ak je vodivá časť vyhotovená vo forme klietky) a vlnovú dĺžku ovplyvňujúceho žiarenia. Návrh je účinný, ak je druhá hodnota väčšia ako prvá.
Oblasti uplatnenia účinku QF
Faradayom objavený efekt má nielen vedecký význam, ale aj pomerne široké praktické využitie. Najjednoduchší príklad Faradayovej klietky možno nájsť v každodennom živote; je prítomná takmer v každej kuchyni - je to mikrovlnná rúra. Jeho päť stien je vyrobených z hrubých oceľových plechov a medzi dvoma vrstvami skla vo dverách je kovová vrstva s perforovanými otvormi pre lepšiu viditeľnosť.
Rádiofrekvenčná kabína
Rádiofrekvenčná kabína je miestnosť, ktorá je izolovaná od elektrického, magnetického a vyžarovaného žiarenia, zvyčajne na malej ploche. Jeho steny, podlaha a strop sú vybavené vysoko vodivými mriežkami, ktoré tvoria uzavretú, ale zvonku neviditeľnú klietku.
MRI miestnosti
Vysoko presné zariadenia, ako je napríklad lekársky skener magnetickej rezonancie, si vyžadujú dôkladnú ochranu pred vonkajšími elektromagnetickými vlnami. Výsledky vyšetrenia môže ovplyvniť aj najmenší vonkajší vplyv, preto je miestnosť, v ktorej sa nachádza prístroj MRI, plne tienená.
Laboratóriá
Pri laboratórnych testoch je dôležité nielen používať najmodernejšie vybavenie, ale aj spoľahlivo ho chrániť pred vonkajšími vplyvmi, ako sú magnetické a elektrické polia, aby sa získali presné výsledky.
Treba si uvedomiť, že to neznamená len smerové žiarenie z konkrétnych zdrojov, ale aj elektromagnetický šum, ktorý je neustále prítomný v atmosfére, najmä v obývaných oblastiach a v ich blízkosti.
Kvalitatívne tienenie zariadení s CF efektom si vyžaduje špeciálne konštrukčné výpočty a odbornú inštaláciu.
Ochranné obleky
Pre ľudí pracujúcich v oblastiach s vysokým rizikom úrazu elektrickým prúdom boli vyvinuté špeciálne obleky. Ich vrchná vrstva je vyrobená z tkaniny obsahujúcej kov a od tela je oddelená izolačným materiálom. V prípade vystavenia zvyškovej statickej elektrine alebo elektrickému prúdu prúdi po vonkajšom plášti súpravy náboj.
Pri práci na vedeniach vysokého napätia je nevyhnutný ochranný odev. Aj po odpojení od napätia si zachovávajú nebezpečné úrovne statického náboja kvôli mnohým kilometrom elektrických vodičov.
Vo svete zábavy
Efekt KF, ktorý je na javisku farebný, je veľmi efektný. Často sa používa jednoduchá klietka, ale skôr zdanlivo beztiažová škrupina z hrubej sieťoviny alebo dokonca špeciálne skonštruovaný kostým, ktorý sa podobá bežnému oblečeniu. V tomto prípade sa prúd aplikuje čo najefektívnejšie, napríklad pomocou Teslových cievok alebo podobných zariadení, ktoré vytvárajú náboj z elektrostatického generátora.
Výroba domácej Faradayovej klietky vlastnými rukami
V každodennom živote môže byť potrebné vyrobiť domácu klietku, aby sa gadgety "skryli" pred pôsobením rôznych vĺn, ktoré môžu spôsobiť poruchy v citlivej elektronickej "výplni".
Príkladom takejto konštrukcie je preglejka, ktorá bola určitým spôsobom dokončená. Keďže preglejka slúži ako izolačná vrstva, musí byť dokonale čistá a suchá. Skrinku si môžete zostaviť sami alebo si ju môžete dať vyrobiť, ak je zostavená bez použitia klincov alebo iných kovových spojovacích prvkov. Montáž by sa mala vykonať v niekoľkých krokoch:
- Potravinárska fólia sa delí na segmenty podľa veľkosti preglejkových stien alebo ich polotovarov.
- Povrchy budúcej škatule sú z vonkajšej strany vystlané fóliou. Lesklá strana fólie by mala smerovať von.
- Steny zvnútra zlepte páskou a na dno škatule umiestnite niekoľko podložiek pod myš.
- Starostlivo skontrolujte, či po zatvorení veka tvorí vrstva fólie súvislý obal bez najmenších medzier alebo trhlín.
Druhý variant predpokladá, že základom Faradayovej klietky s vlastnými rukami je kovová nádrž (hrniec, škatuľa, krabica atď.), Vo vnútri ktorej je usporiadaná izolácia z lepenky, rovnakej preglejky alebo iného materiálu. Podmienka tesného priliehania veka je pre túto konštrukciu rovnako dôležitá ako pre konštrukciu opísanú vyššie.
Musím vykonať uzemňovacie pripojenie?
Neexistuje zhoda v tom, či musí byť CF uzemnený. Veľké stavby a stavby, ktoré môžu byť zasiahnuté obzvlášť silnými elektrickými výbojmi, musia byť vždy uzemnené.
Uzemnenie rozhodne chráni pred abnormálnymi situáciami, keď sa nahromadený silný náboj môže "prebiť" vzduchom a zasiahnuť blízky predmet alebo osobu.
Testovanie podomácky vyrobenej Faradayovej klietky
Na praktické vyskúšanie princípu Faradayovej klietky je najlepšie použiť kompaktný rádiový prijímač napájaný batériou. Mal by byť nastavený na maximálnu hlasitosť a naladený na najsilnejší dostupný FM kanál. Ak mobil funguje, rádio v ňom sa odmlčí.
Ak je prijímač aspoň trochu počuteľný, znamená to, že nie je dosiahnuté stopercentné tienenie a mali by ste hľadať medzery vo vodivej vrstve.
Mobilný telefón je vhodný aj na testovanie vlastnoručne zostaveného fotoaparátu. Po vstupe dovnútra prestane prijímať signály základňovej stanice, čo znamená, že keď na ňu zavoláte, budete počuť príslušnú správu od automatického informátora mobilného operátora.
Súvisiace články:
