Kako izgraditi Faradayev kavez

Električna energija može biti opasna, ali poduzimanje odgovarajućih sigurnosnih mjera može vam omogućiti da proučite kako teku naboji, kako nastaju električna polja i kako funkcioniraju drugi fenomeni u električnoj energiji.

Od osvitanja električne energije u fizici, znanstvenici su se koristili opremom kako bi se zaštitili od štete tijekom izvođenja eksperimenata. Ovo bi znanje stvorilo Faradayeve kaveze kao metode sprječavanja ljudi da ih ozlijedi struja.

•••Syed Hussain Ather

​Faradayevi kaveziiliFaradayevi štitoviblokirati elektromagnetska polja pomoću provodljivih materijala na njihovoj površini za preusmjeravanje elektromagnetskih valova. Vanjsko električno polje uzrokuje da se električni naboji u materijalu kaveza promijene u načinu na koji su raspoređena u odnosu na elektrostatičku indukciju kako bi se spriječilo ulazak polja u unutrašnjost kavez.

Iako ne mogu blokirati polagano promjenjiva magnetska polja poput Zemljinog, Faradayevi kavezi su navikli stvoriti prostorije okružene metalnim mrežicama ili perforiranim pločama kako bi se spriječilo prodiranje elektromagnetskih struja ulazeći.

• Faradayevi kavezi sprečavaju ulazak ili izlazak elektromagnetskih polja i mogu se graditi od aluminija ili metalnih tvari. Mogu se izrađivati ​​od jednostavnih materijala, uključujući metalnu žicu i karton ili drvo.

Kad vanjsko električno polje dođe u kontakt s kavezom, kavez generira isto električno polje kao da je naboj smješten unutra. Ako je kavez uzemljen, površina se neutralizira suvišnim nabojem koji teče na tlo. To sprječava stvaranje napona s druge strane kaveza, tako da polje ne prolazi materijal. Naboji su se preraspodijelili s druge strane materijala dok se elektrostatički naboji induciraju na površini.

Za ovu metodu izrade Faradayevog kaveza potrebni su metalni listovi bakra ili aluminija, traka, škare, spremnik od kartona ili sličnog materijala i balon kako bi se ispitalo radi li kavez. Materijal koji najbolje djeluje je aluminijska, bakrena ili pileća žica za faradayevski kavez od pileće žice. Faradayevi kavezi zahtijevaju dosta kontakta između metalnih komponenata, tako da mrežasti dizajn može dobro funkcionirati.

Oblikujte spremnik u Faradayev štit ili kavez pretvarajući ga u, na primjer, kutiju koja vas može zaštititi od vaše okoline. Omotajte foliju ili metalne plahte oko posude. Pazite da kavez ima puno dodira između metalnih limova.

Izrežite zaslon tako da iznutra u kavezu možete vidjeti vanjsku stranu. Pazite da su rupe manje od valne duljine elektromagnetskog zračenja koje želite blokirati.

Neke su opće upute:

1. Izmjerite kvadrat metalne mreže veličine 10 x 10 inča i izrežite je.
2. Slično tome, izrežite pet drva od drva ili kartona duljine 8 inča.
3. Spajajte, zalijepite ili pričvrstite metalnom mrežicom na drvo ili karton na neki drugi način.
4. Spojite trake oko mreže oko 5 do 6 centimetara jednu od druge tako da pokrivaju ili okružuju cijelu mrežu.
5. Oblikujte materijal u kutiju ili posudu kako biste stvorili Faradayev kavez.

Pokušajte upotrijebiti svoj mobitel unutar kaveza. Prima li ili prenosi wifi signale? Ipak biste trebali dobiti slabiju količinu WiFi-ja jer Faradayevi kavezi mogu prigušiti frekvenciju mobitela, ali ne i potpuno je zaustaviti.

Radio valovi koje mobiteli koriste imaju dovoljno male frekvencije da propuštaju kroz male rupe u kavezu, tako da ćete morati zalemiti ili zavariti male praznine u Faradayevom kavezu da djelujete protiv njih.

Kemičari koriste Faradayeve kaveze kako bi smanjili buku iz vanjskih izvora dok vrše precizna mjerenja. Istraživači digitalne forenzike koriste Faradayeve torbe, Faradayeve kaveze izrađene od fleksibilne metalne tkanine, kako bi spriječili daljinsko brisanje i izmjenu kaznenih dokaza.

Faradayevi kavezi pružaju sigurnost računalima da spriječe radnje poput špijuniranja. Automobili i avioni u osnovi djeluju kao Faradayevi kavezi sprečavajući putnike da dođu u kontakt sa štetnim električnim nabojima.

Faradayevi kavezi također se koriste u sprečavanju radijskih odašiljača da ometaju drugu opremu i zaštiti pojedince i predmete od struja udara groma i pražnjenja. Kućanski aparati ih također koriste. Mikrovalne pećnice imaju štitove koji sprečavaju valove da izlaze iz njihove unutrašnjosti, dok TV kabeli smanjuju vanjske elektromagnetske smetnje da bi stvorili slike.

Različita vodljivost metala može utjecati na to kako Faradayevi kavezi sprečavaju ulazak električnih polja. Bakar je najučinkovitiji, koristi se u bolničkim objektima za magnetsku rezonancu i računalnim uređajima, a može se oblikovati u legure mjedi i fosforne bronce za još specifičnije svrhe.

Aluminij je također dobar materijal jer je jak zbog svoje težine i ima visoku vodljivost, ali s vremenom može zahrđati i nije dobro zalemljen. Ostale značajke u dizajniranju Faradayevih kaveza uključuju cijenu, koroziju, debljinu, podatnost, frekvencije koje su blokirane i kako se sami materijali mogu oblikovati u kavez.

•••Syed Hussain Ather

Faradayevi kavezi štite svoju unutrašnjost od električnih polja, polja sila koje okružuju nabijene čestice poput protona ili elektrona. Coulomb-ovim se zakonom može opisati električna silaEkao

u kojemrje polumjer između nabijenih čestica,ε​₀ je konstantan broj vakuumske permitivnosti od 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ ie₁ e​​₂su naboji čestica.

Kad je unutar kaveza, bilo koja električna energija koja dođe u kontakt s vanjskom površinom može se izmjeriti pomoću ove formule. Mrežno polje unutar kaveza ostaje nula, štiteći sve što je unutar kaveza.

Naboji u vodiču, poput provodnog materijala Faradayevog kaveza, u ravnoteži trebaju biti što je moguće dalje tako da naboj ostaje na površini. To održava električno polje unutar nule. Ako ste pozitivno nabijeni objekt iznijeli na vanjsku stranu kaveza, elektroni na unutarnjoj površini nakupit će se oko njega kako bi ga poništili.

Ako ste se zamišljali u kući s kavezima u Faradayu, mogli biste se koristiti različitim materijalima kako biste se zaštitili od elektromagnetskih smetnji.

Bakar je najpouzdaniji element za primjenu magnetske rezonancije (MRI) u medicini kako bi se ljudi zaštitili od štete elektromagnetskog zračenja. Također je lako kombinirati s drugim elementima kako bi se stvorile legure poput mjedi, fosforne bronce i berilija bakra koje imaju veće vrijednosti vodljivosti.

Prethodno limeni čelik je isplativ materijal koji blokira ulaz nižih frekvencija. Ugljični čelik je još jedan idealan izbor koji može blokirati frekvencije koje nedostaju drugim legurama i elementima. Ovi se materijali često isporučuju s kositrenom oplatom kako bi se spriječilo njihovo korodiranje.

Legura bakra poznata je po tome što se može oduprijeti koroziji. Aluminij je još jedan idealan izbor koji, iako trebate ispitati njegovu galvansku koroziju i oksidaciju svojstva, može poslužiti u raznim primjenama zbog dobrog omjera čvrstoće i mase i velike količine provodljivost.

•••Syed Hussain Ather

1836. fizičar Michael Faraday primijetio je da će nabijeni vodič skladištiti višak naboja unutar samog materijala, a ne u šupljini koju je zatvorio. Obložio je sobu metalnom folijom. S vanjskim elektrostatičkim generatorom, primijetio je da u njemu nema naboja prema njegovom elektroskopu, uređaju koji se koristi za mjerenje električnog naboja. To je iskoristio za izgradnju Faradayevog kaveza za ovaj generator.

Sedam godina kasnije Faraday je pokazao ostatke naboja na površini vodiča za metalne površine. Koristeći metalnu kantu s ledom, pokazao je kako električni naboj u ljusci vodiča stvara naboj na unutarnjoj površini ljuske. Punjenje nije utjecalo na unutarnji volumen ljuske. Koristeći elektroskop za mjerenje električnih naboja, njegov eksperiment postat će prvi kvantitativni eksperiment s električnim nabojem.