Kuidas ehitada Faraday puuri

Elekter võib olla ohtlik, kuid vastavate ettevaatusabinõude rakendamine võimaldab teil uurida, kuidas laengud voolavad, kuidas tekivad elektriväljad ja kuidas toimivad muud nähtused elektris.

Alates füüsika koidikust on teadlased katsete tegemisel kasutanud seadmeid, et kaitsta end kahjustuste eest. Need teadmised loovad Faraday puurid kui meetodid, mis takistavad inimestel elektrist haiget saada.

•••Syed Hussain Ather

​Faraday puuridvõiFaraday kilbidblokeerida elektromagnetväljad, kasutades nende pinnal juhtivaid materjale elektromagnetlainete suunamiseks. Väline elektriväli põhjustab puuri materjali elektrilaengute muutumist jaotatud elektrostaatilise induktsiooni suhtes, et väli ei pääseks sisse puur.

Kuigi nad ei suuda blokeerida aeglaseid varieeruvaid magnetvälju nagu Maa oma, on Faraday puurid harjunud luua ruumid, mida ümbritsevad metallvõrgud või perforeeritud lehed, et vältida elektromagnetiliste voolude tekkimist sisenemine.

• Faraday puurid takistavad elektromagnetväljade sisenemist või väljapääsu ning neid saab ehitada alumiiniumist või metallist ainetest. Neid saab valmistada lihtsatest materjalidest, sealhulgas metalltraat ja papp või puit.

Kui väline elektriväli puutub puuriga kokku, tekitab puur sama elektrivälja, nagu oleks laeng asetatud selle sisse. Kui puur on maandatud, neutraliseeritakse pind maapinnale voolava liigse laenguga. See hoiab ära pinge tekkimise puuri teisel küljel, nii et väli ei läbiks materjali. Laengud jagunevad materjali teisel poolel ümber, kuna pinnale indutseeritakse elektrostaatilisi laenguid.

Selle Faraday puuri ehitamise meetodi jaoks on vaja puuri toimimise testimiseks metallist vasest või alumiiniumist lehti, linti, kääre, papist vms materjalist anumat ja õhupalli. Kõige paremini toimiv materjal on alumiinium-, vask- või kanatraat kanatraadi Faraday puuri jaoks. Faraday puurid nõuavad metallkomponentide vahel palju kontakti, nii et võrgusilma disain võib hästi töötada.

Vormi konteiner Faraday kilbiks või puuriks, muutes selle näiteks kastiks, mis võib sind ümbritseva eest kaitsta. Pange foolium või metalllehed ümber anuma. Veenduge, et puuris oleks metalllehtede vahel palju kontakte.

Lõigake ekraan nii, et näete puuri väliskülge. Veenduge, et augud oleksid väiksemad kui selle elektromagnetkiirguse lainepikkus, mille sisenemist soovite blokeerida.

Mõned üldised juhised on järgmised:

1. Mõõtke välja 10 x 10-tolline ruutmetallist võrgusilma ruut ja lõigake see välja.
2. Samamoodi lõigake viis 8-tollist pikkust puitu või pappi.
3. Klammerdage, kleeplindiga või kinnitage metallvõrk puidule või papile mõnel muul viisil.
4. Ühendage ribad võrgu ümber umbes 5–6 tolli kaugusel üksteisest, nii et need katavad või ümbritsevad kogu võrku.
5. Vormi materjal Faraday puuri loomiseks kasti või konteinerisse.

Proovige oma mobiiltelefoni kasutada puuri sees. Kas see võtab vastu või edastab wifi signaale? Peaksite ikkagi saama nõrgema hulga wifi, sest Faraday puurid võivad küll vähendada mobiiltelefonide sagedust, kuid mitte täielikult peatada.

Raadiolainetel, mida mobiiltelefonid kasutavad, on piisavalt väikesed sagedused, et lekkida läbi puuri väikeste aukude, nii et nende vastu tegutsemiseks peate Faraday puuris jootma või keevitama väikesed tühikud.

Keemikud kasutavad Faraday puure, et vähendada täpsetest mõõtmistest välistest allikatest tulenevat müra. Digitaalsed kohtuekspertiisi uurijad kasutavad Faraday kotte, Faraday puure, mis on valmistatud painduvast metallkangast, et vältida kriminaalsete tõendite kaugpuhastamist ja muutmist.

Faraday puurid pakuvad arvutitele turvalisust, et takistada selliseid tegevusi nagu nuhkimine. Autod ja lennukid toimivad sisuliselt Faraday puuridena, hoides reisijaid kokkupuutes kahjulike elektrilaengutega.

Faraday puure kasutatakse ka selleks, et vältida raadiosaatjate sekkumist muudesse seadmetesse ning kaitsta inimesi ja esemeid pikselöökide ja vooluhulga eest. Ka kodumasinad kasutavad neid. Mikrolaineahjudel on kilbid, mis takistavad lainete väljumist oma siseruumidest, samas kui telekaablid vähendavad väliseid elektromagnetilisi häireid piltide loomiseks.

Metallide erinev juhtivus võib mõjutada seda, kuidas Faraday puurid takistavad elektriväljade sisenemist. Vask on kõige tõhusam, mida kasutatakse haigla MRI-seadmetes ja arvutiseadmetes ning millest saab veelgi täpsematel eesmärkidel vormida messingist ja fosforist pronksisulamid.

Alumiinium on samuti hea materjal, kuna see on oma kaalu poolest tugev ja suure juhtivusega, kuid aja jooksul võib see roostetada ega ole hästi joodetud. Faraday puuride kujundamise muud omadused hõlmavad hinda, korrosiooni, paksust, vormitavust, blokeeritud sagedusi ja seda, kuidas materjalidest endist saab puuri vormida.

•••Syed Hussain Ather

Faraday puurid kaitsevad nende sisemust elektriväljade, laetud osakesi nagu prootonid või elektronid ümbritseva jõuvälja eest. Coulombi seadust saab kasutada elektri jõu kirjeldamiseksEas

millesron raadius laetud osakeste vahel,ε​₀ on vaakumi läbilaskvuse konstantne arv 8,854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ jae₁ e​​₂on osakeste laengud.

Puuris olles saab selle valemi abil mõõta mis tahes elektrit, mis puutub kokku välispinnaga. Puuri sisevõrk jääb nulli, kaitstes seda, mis puuris on.

Juhi laengud, näiteks Faraday puuri juhtiv materjal, peaksid tasakaalus olema üksteisest võimalikult kaugel, nii et laeng jääb pinnale. See hoiab elektrivälja nullis. Kui viiksite positiivselt laetud eseme puuri välisküljele, koguneksid selle tühistamiseks selle ümber sisepinnal olevad elektronid.

Kui kujutlesite end Faraday puurimajas, võite elektromagnetiliste häirete eest kaitsmiseks kasutada erinevaid materjale.

Vask on meditsiinis magnetresonantstomograafia (MRI) jaoks kõige usaldusväärsem element inimeste kaitsmiseks elektromagnetilise kiirguse kahjude eest. Samuti on seda lihtne kombineerida teiste elementidega selliste sulamite loomiseks nagu messing, fosforpronks ja berülliumvask, millel on kõrgemad juhtivuse väärtused.

Eelplekitud teras on kulutõhus materjal, mis takistab madalamate sageduste sisenemist. Süsinikteras on veel üks ideaalne valik, mis võib blokeerida teiste sulamite ja elementide puudumise sagedused. Nendel materjalidel on sageli plekiplaat, et vältida nende söövitamist.

Vasesulam on tuntud korrosioonile vastupidavaks. Alumiinium on veel üks ideaalne valik, mida peate uurima selle galvaanilise korrosiooni ja oksüdatsiooni suhtes hea tugevuse ja kaalu suhte ning suure koguse tõttu juhtivus.

•••Syed Hussain Ather

1836. aastal täheldas füüsik Michael Faraday, et laetud juht hoiab üleliigset laengut materjali enda sees, mitte õõnsuses, mille juht sulges. Ta kattis toa metallkilega. Kui elektrostaatiline generaator oli väljas, märkas ta, et tema elektroskoopi järgi pole seadmes elektrilaengu mõõtmiseks kasutatavat laengut. Ta kasutas seda selle generaatori jaoks Faraday puuri ehitamiseks.

Seitse aastat hiljem demonstreeris Faraday laengujääki metallpindade juhi pinnal. Kasutades jääga metallist ämbrit, näitas ta, et juhi kestas olev elektrilaeng tekitab kesta sisepinnale laengu. Laeng ei mõjutanud kesta sisemahtu. Kasutades elektrilaengut elektrilaengute mõõtmiseks, saab tema katsest esimene elektrilaengu kvantitatiivne eksperiment.