Comment construire une cage de Faraday

L'électricité peut être dangereuse, mais prendre les précautions de sécurité appropriées peut vous permettre d'étudier comment les charges s'écoulent, comment les champs électriques se produisent et comment d'autres phénomènes électriques fonctionnent.

Depuis l'aube de l'électricité en physique, les scientifiques ont utilisé des équipements pour se protéger des dommages lors de la réalisation d'expériences. Cette connaissance créerait des cages de Faraday comme méthodes pour empêcher les gens d'être blessés par l'électricité.

•••Syed Hussain Ather

​Cages de Faradayou alorsBoucliers de Faradaybloquer les champs électromagnétiques en utilisant des matériaux conducteurs sur leur surface pour rediriger les ondes électromagnétiques. Le champ électrique externe fait que les charges électriques dans le matériau de la cage changent dans la façon dont elles sont répartie par rapport à l'induction électrostatique pour empêcher le champ d'entrer à l'intérieur du cage.

Bien qu'elles ne puissent pas bloquer les champs magnétiques à variation lente comme celui de la Terre, les cages de Faraday ont été utilisées pour créer des pièces entourées de treillis métalliques ou de tôles perforées pour empêcher les courants électromagnétiques de entrant.

• Les cages de Faraday empêchent les champs électromagnétiques d'entrer ou de s'échapper et peuvent être construites à partir d'aluminium ou de substances métalliques. Ils peuvent être fabriqués avec des matériaux simples, notamment du fil métallique et du carton ou du bois.

Lorsqu'un champ électrique externe entre en contact avec la cage, la cage génère le même champ électrique que si la charge était placée à l'intérieur. La surface est neutralisée avec un excès de charge s'écoulant vers le sol si la cage est mise à la terre. Cela empêche la formation de tension de l'autre côté de la cage afin que le champ ne passe pas le matériau. Les charges se redistribuent de l'autre côté du matériau au fur et à mesure que des charges électrostatiques sont induites à la surface.

Cette méthode de construction d'une cage de Faraday nécessite des feuilles métalliques de cuivre ou d'aluminium, du ruban adhésif, des ciseaux, un récipient en carton ou en matériau similaire et un ballon pour tester si la cage fonctionne. Le matériau qui fonctionne le mieux est l'aluminium, le cuivre ou le grillage pour une cage de Faraday en grillage. Les cages de Faraday nécessitent beaucoup de contact entre les composants métalliques, donc une conception en maille peut bien fonctionner.

Transformez le conteneur en un bouclier ou une cage de Faraday en le transformant, par exemple, en une boîte qui peut vous protéger de votre environnement. Enroulez le papier d'aluminium ou les feuilles métalliques autour du récipient. Assurez-vous que la cage a beaucoup de contact entre les feuilles de métal.

Découpez un écran pour que vous puissiez voir l'extérieur de l'intérieur de la cage. Assurez-vous que les trous sont plus petits que la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique que vous souhaitez empêcher d'entrer.

Certaines instructions générales sont :

1. Mesurez un carré de treillis métallique de 10 x 10 pouces et découpez-le.
2. De même, coupez cinq longueurs de bois ou de carton de 8 pouces.
3. Agrafez, collez ou fixez d'une autre manière le treillis métallique au bois ou au carton.
4. Joignez les bandes autour du maillage à environ 5 à 6 pouces les unes des autres afin qu'elles recouvrent ou entourent tout le maillage.
5. Formez le matériau dans une boîte ou un conteneur pour créer la cage de Faraday.

Essayez d'utiliser votre téléphone portable à l'intérieur de la cage. Reçoit-il ou transmet-il les signaux wifi? Vous devriez toujours obtenir une quantité de wifi plus faible car les cages de Faraday peuvent atténuer la fréquence des téléphones portables, mais pas complètement l'arrêter.

Les ondes radio utilisées par les téléphones portables ont des fréquences suffisamment petites pour fuir à travers de petits trous dans la cage, vous devrez donc souder ou souder de petits espaces dans la cage de Faraday pour agir contre elles.

Les chimistes utilisent des cages de Faraday pour réduire le bruit provenant de sources externes tout en effectuant des mesures précises. Les chercheurs en criminalistique numérique utilisent des sacs Faraday, des cages Faraday en tissu métallique flexible, pour empêcher l'effacement à distance et l'altération des preuves criminelles.

Les cages de Faraday assurent la sécurité des ordinateurs pour contrecarrer des actions telles que l'espionnage. Les voitures et les avions agissent essentiellement comme des cages de Faraday en empêchant les passagers d'entrer en contact avec des charges électriques nocives.

Les cages de Faraday sont également utilisées pour empêcher les émetteurs radio d'interférer avec d'autres équipements et protéger les individus et les objets des courants de foudre et des décharges. Les appareils ménagers les utilisent aussi. Les micro-ondes ont des écrans pour empêcher les ondes de sortir de leur intérieur tandis que les câbles de télévision réduisent les interférences électromagnétiques externes pour créer des images.

La conductivité différente des métaux peut affecter la façon dont les cages de Faraday empêchent les champs électriques d'entrer. Le cuivre est le plus efficace, utilisé dans les installations d'IRM des hôpitaux et les appareils informatiques, qui peut être transformé en alliages de laiton et de bronze phosphoreux à des fins encore plus spécifiques.

L'aluminium est également un bon matériau car il est solide pour son poids et a une conductivité élevée, mais il peut rouiller avec le temps et n'est pas bien soudé. Les autres caractéristiques de la conception des cages de Faraday incluent le prix, la corrosion, l'épaisseur, la malléabilité, les fréquences bloquées et la façon dont les matériaux eux-mêmes peuvent être transformés en cage.

•••Syed Hussain Ather

Les cages de Faraday protègent leur intérieur des champs électriques, un champ de force entourant des particules chargées telles que des protons ou des électrons. La loi de Coulomb peut être utilisée pour décrire la force électriqueEcomme

dans lequelrest le rayon entre les particules chargées,ε​₀ est un nombre constant de permittivité sous vide de 8,854 × 10⁻¹² Fum⁻¹ ete₁ e​​₂sont les charges des particules.

À l'intérieur de la cage, toute électricité qui entre en contact avec la surface extérieure peut être mesurée à l'aide de cette formule. Le champ net à l'intérieur de la cage reste nul, protégeant tout ce qui se trouve à l'intérieur de la cage.

Les charges dans un conducteur, tel que le matériau conducteur d'une cage de Faraday, à l'équilibre doivent être aussi éloignées que possible afin que la charge reste à la surface. Cela maintient le champ électrique à l'intérieur de zéro. Si vous ameniez un objet chargé positivement à l'extérieur de la cage, les électrons sur la surface intérieure s'accumuleraient autour de lui pour l'annuler.

Si vous vous imaginiez dans une cage de Faraday, vous pourriez utiliser différents matériaux pour vous protéger des interférences électromagnétiques.

Le cuivre est l'élément le plus fiable pour les applications d'imagerie par résonance magnétique (IRM) en médecine afin de protéger les personnes des méfaits des rayonnements électromagnétiques. Il est également facile à combiner avec d'autres éléments pour créer des alliages comme le laiton, le bronze phosphoreux et le cuivre au béryllium qui ont des valeurs de conductivité plus élevées.

L'acier pré-étamé est un matériau économique qui empêche les basses fréquences d'entrer. L'acier au carbone est un autre choix idéal qui peut bloquer les fréquences que d'autres alliages et éléments manquent. Ces matériaux sont souvent étamés pour éviter qu'ils ne se corrodent.

L'alliage de cuivre est connu pour être capable de résister à la corrosion. L'aluminium est un autre choix idéal qui, alors que vous devez examiner sa corrosion galvanique et son oxydation propriétés, peut servir une variété d'applications en raison de son bon rapport résistance/poids et de sa grande quantité de conductivité.

•••Syed Hussain Ather

En 1836, le physicien Michael Faraday a observé qu'un conducteur chargé stockerait l'excès de charge à l'intérieur du matériau lui-même, et non dans la cavité que le conducteur enfermait. Il a recouvert une pièce d'une feuille de métal. Avec un générateur électrostatique à l'extérieur, il a remarqué qu'il n'y avait aucune charge à l'intérieur selon son électroscope, un appareil utilisé pour mesurer la charge électrique. Il l'a utilisé pour construire une cage de Faraday pour ce générateur.

Sept ans plus tard, Faraday démontra que la charge restait à la surface d'un conducteur pour les surfaces métalliques. À l'aide d'un seau en métal avec de la glace, il a montré que la charge électrique dans une coque d'un conducteur crée une charge sur la surface interne de la coque. La charge n'a pas affecté le volume intérieur de la coque. Utilisant un électroscope pour mesurer les charges électriques, son expérience allait devenir la première expérience quantitative sur la charge électrique.