Come costruire una gabbia di Faraday

L'elettricità può essere pericolosa, ma prendere le dovute precauzioni di sicurezza può permetterti di studiare come scorrono le cariche, come si verificano i campi elettrici e come funzionano altri fenomeni nell'elettricità.

Sin dagli albori dell'elettricità in fisica, gli scienziati hanno utilizzato apparecchiature per proteggersi dai danni durante l'esecuzione di esperimenti. Questa conoscenza creerebbe le gabbie di Faraday come metodi per impedire alle persone di farsi male dall'elettricità.

•••Syed Hussain Ather

​gabbie di FaradayoScudi di Faradaybloccare i campi elettromagnetici utilizzando materiali conduttivi sulla loro superficie per reindirizzare le onde elettromagnetiche. Il campo elettrico esterno fa sì che le cariche elettriche nel materiale della gabbia cambino nel modo in cui sono distribuito rispetto all'induzione elettrostatica per evitare che il campo entri all'interno del gabbia.

Sebbene non possano bloccare campi magnetici a variazione lenta come quello della Terra, le gabbie di Faraday sono state utilizzate per creare ambienti circondati da reti metalliche o lamiere forate per evitare che le correnti elettromagnetiche entrando.

• Le gabbie di Faraday impediscono l'ingresso o la fuoriuscita di campi elettromagnetici e possono essere costruite con alluminio o sostanze metalliche. Possono essere realizzati con materiali semplici tra cui filo metallico e cartone o legno.

Quando un campo elettrico esterno entra in contatto con la gabbia, la gabbia genera lo stesso campo elettrico come se la carica fosse posta all'interno. La superficie viene neutralizzata con una carica in eccesso che scorre a terra se la gabbia è collegata a terra. Ciò impedisce la formazione di tensione sull'altro lato della gabbia in modo che il campo non passi il materiale. Le cariche si ridistribuiscono dall'altra parte del materiale in quanto le cariche elettrostatiche vengono indotte sulla superficie.

Questo metodo per costruire una gabbia di Faraday richiede fogli metallici di rame o alluminio, nastro adesivo, forbici, un contenitore di cartone o materiale simile e un palloncino per verificare se la gabbia funziona. Il materiale che funziona meglio è alluminio, rame o filo di pollo per una gabbia di Faraday con filo di pollo. Le gabbie di Faraday richiedono molto contatto tra i componenti metallici, quindi un design a rete può funzionare bene.

Trasforma il contenitore in uno scudo o una gabbia di Faraday trasformandolo, ad esempio, in una scatola che possa proteggerti dall'ambiente circostante. Avvolgere la pellicola oi fogli metallici attorno al contenitore. Assicurati che la gabbia abbia molto contatto tra le lamiere.

Taglia uno schermo in modo da poter vedere l'esterno dall'interno della gabbia. Assicurati che i fori siano più piccoli della lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica di cui vuoi impedire l'ingresso.

Alcune istruzioni generali sono:

1. Misura un quadrato di 10 x 10 pollici di rete metallica e ritaglialo.
2. Allo stesso modo, taglia cinque pezzi di legno o cartone da 8 pollici.
3. Graffetta, fissa con nastro adesivo o in qualche altro modo la rete metallica al legno o al cartone.
4. Unisci le strisce attorno alla rete a circa 5-6 pollici di distanza l'una dall'altra in modo che coprano o circondino l'intera rete.
5. Forma il materiale in una scatola o un contenitore per creare la gabbia di Faraday.

Prova a usare il cellulare all'interno della gabbia. Riceve o trasmette i segnali wifi? Dovresti comunque ottenere una quantità inferiore di wifi perché le gabbie di Faraday possono attenuare la frequenza dei telefoni cellulari, ma non fermarla completamente.

Le onde radio utilizzate dai telefoni cellulari hanno frequenze abbastanza piccole da fuoriuscire attraverso piccoli fori nella gabbia, quindi è necessario saldare o saldare piccoli spazi nella gabbia di Faraday per agire contro di esse.

I chimici utilizzano le gabbie di Faraday per ridurre il rumore proveniente da fonti esterne mentre effettuano misurazioni precise. I ricercatori di Digital Forensics utilizzano le borse di Faraday, gabbie di Faraday realizzate in tessuto metallico flessibile, per prevenire la cancellazione a distanza e l'alterazione delle prove criminali.

Le gabbie di Faraday forniscono sicurezza ai computer per contrastare azioni come lo spionaggio. Automobili e aerei agiscono essenzialmente come gabbie di Faraday impedendo ai passeggeri di entrare in contatto con cariche elettriche dannose.

Le gabbie di Faraday sono utilizzate anche per evitare che i trasmettitori radio interferiscano con altre apparecchiature e per proteggere persone e oggetti dalle correnti di fulmini e scariche. Anche gli elettrodomestici li usano. Le microonde hanno schermi per impedire alle onde di uscire dal loro interno mentre i cavi TV riducono le interferenze elettromagnetiche esterne per creare immagini.

La diversa conduttività dei metalli può influenzare il modo in cui le gabbie di Faraday impediscono l'ingresso di campi elettrici. Il rame è il più efficace, utilizzato nelle strutture di risonanza magnetica ospedaliera e negli apparecchi informatici, che può essere trasformato in leghe di ottone e bronzo fosforoso per scopi ancora più specifici.

Anche l'alluminio è un buon materiale perché è resistente per il suo peso e ha un'elevata conduttività, ma può arrugginire nel tempo e non è saldato bene. Altre caratteristiche nella progettazione delle gabbie di Faraday includono prezzo, corrosione, spessore, malleabilità, frequenze che vengono bloccate e come i materiali stessi possono essere formati in una gabbia.

•••Syed Hussain Ather

Le gabbie di Faraday proteggono il loro interno dai campi elettrici, un campo di forza che circonda particelle cariche come protoni o elettroni. La legge di Coulomb può essere usata per descrivere la forza elettricaEcome

in qualerè il raggio tra le particelle cariche,ε​₀ è un numero costante di permittività del vuoto di 8,854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ ee₁ e​​₂sono le cariche delle particelle.

All'interno della gabbia, l'elettricità che entra in contatto con la superficie esterna può essere misurata utilizzando questa formula. Il campo netto all'interno della gabbia rimane nullo, proteggendo tutto ciò che è all'interno della gabbia.

Le cariche in un conduttore, come il materiale conduttore di una gabbia di Faraday, all'equilibrio dovrebbero essere il più distanti possibile in modo che la carica rimanga sulla superficie. Ciò mantiene il campo elettrico all'interno dello zero. Se portassi un oggetto carico positivamente all'esterno della gabbia, gli elettroni sulla superficie interna si accumulerebbero attorno ad esso per annullarlo.

Se ti immaginassi in una gabbia di Faraday, potresti usare materiali diversi per proteggerti dalle interferenze elettromagnetiche.

Il rame è l'elemento più affidabile per le applicazioni di risonanza magnetica (MRI) in medicina per proteggere le persone dai danni delle radiazioni elettromagnetiche. È anche facile da combinare con altri elementi per creare leghe come ottone, bronzo fosforoso e rame al berillio che hanno valori di conducibilità più elevati.

L'acciaio pre-stagnato è un materiale economico che impedisce l'ingresso delle frequenze più basse. L'acciaio al carbonio è un'altra scelta ideale che può bloccare le frequenze che mancano ad altre leghe ed elementi. Questi materiali sono spesso dotati di placcatura in stagno per evitare che si corrodano.

La lega di rame è nota per essere in grado di resistere alla corrosione. L'alluminio è un'altra scelta ideale che, mentre è necessario esaminare la sua corrosione galvanica e ossidazione proprietà, può servire una varietà di applicazioni grazie al suo buon rapporto resistenza-peso e all'elevata quantità di conducibilità.

•••Syed Hussain Ather

Nel 1836, il fisico Michael Faraday osservò che un conduttore carico avrebbe immagazzinato la carica in eccesso all'interno del materiale stesso, non nella cavità racchiusa dal conduttore. Ha rivestito una stanza con un foglio di metallo. Con un generatore elettrostatico all'esterno, ha notato che non c'era carica all'interno secondo il suo elettroscopio, un dispositivo utilizzato per misurare la carica elettrica. L'ha usato per costruire una gabbia di Faraday per questo generatore.

Sette anni dopo Faraday dimostrò che la carica rimane sulla superficie di un conduttore per superfici metalliche. Usando un secchio di metallo con ghiaccio, ha mostrato che la carica elettrica in un guscio di un conduttore crea una carica sulla superficie interna del guscio. La carica non ha influito sul volume interno del guscio. Usando un elettroscopio per misurare le cariche elettriche, il suo esperimento sarebbe diventato il primo esperimento quantitativo sulla carica elettrica.