Jak postavit Faradayovu klec

Elektřina může být nebezpečná, ale příslušná bezpečnostní opatření vám umožní studovat, jak proudí náboje, jak dochází k elektrickým polím a jak fungují další jevy v elektřině.

Od úsvitu elektřiny ve fyzice vědci používali zařízení k ochraně před újmou při provádění experimentů. Tato znalost by vytvořila Faradayovy klece jako metody prevence zranění lidí elektřinou.

•••Syed Hussain Ather

​Faradayovy kleceneboFaradayovy štítyblokovat elektromagnetická pole pomocí vodivých materiálů na jejich povrchu k přesměrování elektromagnetických vln. Vnější elektrické pole způsobí, že se elektrické náboje v materiálu klece změní tak, jak jsou distribuován s ohledem na elektrostatickou indukci, aby se zabránilo vstupu pole do vnitřku klec.

Ačkoli nemohou blokovat pomalu se měnící magnetická pole, jako je tomu na Zemi, byly Faradayovy klece zvyklé vytvářejte místnosti obklopené kovovými oky nebo děrovanými plechy, aby nedocházelo k elektromagnetickým proudům vstupující.

• Faradayovy klece zabraňují vstupu nebo úniku elektromagnetických polí a mohou být vyrobeny z hliníku nebo kovových látek. Mohou být vyrobeny z jednoduchých materiálů včetně kovového drátu a lepenky nebo dřeva.

Když vnější elektrické pole přijde do kontaktu s klecí, generuje klec stejné elektrické pole, jako by byl náboj umístěn uvnitř. Pokud je klec uzemněna, povrch je neutralizován přebytečným nábojem proudícím k zemi. Tím se zabrání tvorbě napětí na druhé straně klece, takže pole neprochází materiálem. Poplatky se redistribuovaly samy na druhou stranu materiálu, protože na povrchu jsou indukovány elektrostatické náboje.

Tato metoda stavby Faradayovy klece vyžaduje kovové plechy z mědi nebo hliníku, pásky, nůžky, karton nebo podobný materiál a balón, aby se otestovalo, zda klec funguje. Nejvhodnějším materiálem je hliník, měď nebo kuřecí drát pro Faradayovu klec pro kuřecí drát. Faradayovy klece vyžadují hodně kontaktu mezi kovovými součástmi, aby síťový design mohl dobře fungovat.

Zformujte nádobu do Faradayova štítu nebo klece tak, že z ní uděláte například krabici, která vás ochrání před okolím. Omotejte fólii nebo kovové listy kolem nádoby. Ujistěte se, že klec má velký kontakt mezi plechy.

Vystřihněte obrazovku, abyste viděli zevnitř klece na vnější stranu. Ujistěte se, že otvory jsou menší než vlnová délka elektromagnetického záření, které chcete blokovat.

Některé obecné pokyny jsou:

1. Změřte čtvereček kovového pletiva obrazovky o rozměrech 10 x 10 palců a vystřihněte ho.
2. Podobně nakrájejte pět 8palcových délek dřeva nebo lepenky.
3. Sešívejte, lepte nebo jiným způsobem upevněte kovové pletivo na dřevo nebo lepenku.
4. Připojte proužky kolem oka asi 5 až 6 palců od sebe tak, aby zakrývaly nebo obklopovaly celou síť.
5. Formujte materiál do krabice nebo kontejneru a vytvořte Faradayovu klec.

Zkuste použít svůj mobilní telefon uvnitř klece. Přijímá nebo vysílá signály wifi? Stále byste měli dostat slabší množství wifi, protože Faradayovy klece mohou snížit frekvenci mobilních telefonů, ale ne úplně je zastavit.

Rádiové vlny, které mobilní telefony používají, mají dostatečně malé frekvence, aby prosakovaly malými otvory v kleci, takže budete muset pájet nebo svařovat malé mezery ve Faradayově kleci, abyste proti nim mohli jednat.

Chemici používají Faradayovy klece ke snížení hluku z externích zdrojů při přesném měření. Vědci z oboru digitální forenzní vědy používají Faradayovy vaky, Faradayovy klece vyrobené z pružné kovové tkaniny, aby zabránily dálkovému otírání a pozměňování trestních důkazů.

Faradayovy klece zajišťují zabezpečení počítačů, které maří akce, jako je špionáž. Automobily a letadla fungují v zásadě jako Faradayovy klece tím, že brání cestujícím v kontaktu se škodlivými elektrickými náboji.

Faradayovy klece se také používají k zabránění rušení rádiových vysílačů jiným zařízením a ochraně osob a předmětů před proudy blesků a výbojů. Používají je také domácí spotřebiče. Mikrovlny mají štíty, které zabraňují vlnám vystupovat z jejich vnitřku, zatímco televizní kabely snižují vnější elektromagnetické rušení a vytvářejí obraz.

Různá vodivost kovů může ovlivnit, jak Faradayovy klece zabraňují vstupu elektrických polí. Měď je nejúčinnější a používá se v nemocničních zařízeních MRI a počítačových zařízeních, z nichž lze pro ještě konkrétnější účely zpracovat slitiny mosazi a fosforu.

Hliník je také dobrý materiál, protože je silný na svou hmotnost a má vysokou vodivost, ale může časem reznout a není dobře pájen. Mezi další funkce při navrhování Faradayových klecí patří cena, koroze, tloušťka, tvárnost, frekvence, které jsou blokovány a způsob, jakým lze ze samotných materiálů vytvořit klec.

•••Syed Hussain Ather

Faradayovy klece chrání své vnitřky před elektrickými poli, silovým polem obklopujícím nabité částice, jako jsou protony nebo elektrony. Coulombův zákon lze použít k popisu elektrické sílyEtak jako

ve kterémrje poloměr mezi nabitými částicemi,ε​₀ je konstantní počet permitivity vakua 8 854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ aE₁ E​​₂jsou náboje částic.

Ve vnitřku klece lze pomocí tohoto vzorce měřit veškerou elektřinu, která přichází do styku s vnějším povrchem. Síťové pole uvnitř klece zůstává nulové a chrání vše, co je uvnitř klece.

Náboje ve vodiči, jako je vodivý materiál Faradayovy klece, by při rovnováze měly být co nejdále od sebe, aby náboj zůstal na povrchu. To udržuje elektrické pole uvnitř nuly. Pokud jste přinesli kladně nabitý předmět na vnější stranu klece, elektrony na vnitřním povrchu by se hromadí kolem něj, aby ho zrušily.

Pokud jste si představovali, že jste v domě Faradayovy klece, můžete použít různé materiály, abyste se chránili před elektromagnetickým rušením.

Měď je nejspolehlivějším prvkem pro aplikace zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) v medicíně, která chrání lidi před poškozením elektromagnetickým zářením. Je také snadné kombinovat s jinými prvky a vytvářet slitiny, jako je mosaz, fosforový bronz a beryliová měď, které mají vyšší hodnoty vodivosti.

Předem pocínovaná ocel je nákladově efektivní materiál, který blokuje vstup nižších frekvencí. Uhlíková ocel je další ideální volbou, která může blokovat frekvence, které jiné slitiny a prvky chybí. Tyto materiály často přicházejí s cínováním, aby se zabránilo jejich korozi.

Je známo, že slitina mědi odolává korozi. Hliník je další ideální volbou, kterou je třeba zkoumat, i když musíte zkoumat jeho galvanickou korozi a oxidaci vlastnosti, může sloužit různým aplikacím díky svému dobrému poměru pevnosti k hmotnosti a vysokému množství vodivost.

•••Syed Hussain Ather

V roce 1836 fyzik Michael Faraday pozoroval, že nabitý vodič bude ukládat přebytečný náboj do samotného materiálu, nikoli do dutiny, kterou vodič uzavřel. Místnost potáhl kovovou fólií. S elektrostatickým generátorem venku si všiml, že uvnitř není podle jeho elektroskopu žádný náboj, zařízení používané k měření elektrického náboje. Použil to k vybudování Faradayovy klece pro tento generátor.

O sedm let později Faraday demonstroval zbytky náboje na povrchu vodiče pro kovové povrchy. Pomocí kovového kbelíku s ledem ukázal, že elektrický náboj ve skořápce vodiče vytváří náboj na vnitřním povrchu skořápky. Náboj neovlivnil vnitřní objem pláště. Použitím elektroskopu k měření elektrických nábojů by se jeho experiment stal prvním kvantitativním experimentem na elektrickém náboji.