Hoe een kooi van Faraday te bouwen

Elektriciteit kan gevaarlijk zijn, maar als u de juiste veiligheidsmaatregelen neemt, kunt u bestuderen hoe ladingen stromen, hoe elektrische velden optreden en hoe andere verschijnselen in elektriciteit werken.

Sinds het begin van elektriciteit in de natuurkunde hebben wetenschappers apparatuur gebruikt om zichzelf te beschermen tegen schade bij het uitvoeren van experimenten. Deze kennis zou kooien van Faraday creëren als methoden om te voorkomen dat mensen gewond raken door elektriciteit.

•••Syed Hussain Ather

​kooien van FaradayofFaraday schildenelektromagnetische velden blokkeren met behulp van geleidende materialen op hun oppervlak om elektromagnetische golven om te leiden. Het externe elektrische veld zorgt ervoor dat de elektrische ladingen in het materiaal van de kooi veranderen in hoe ze zijn verdeeld ten opzichte van de elektrostatische inductie om te voorkomen dat het veld de binnenkant van de kooi.

Hoewel ze langzaam variërende magnetische velden zoals die van de aarde niet kunnen blokkeren, zijn kooien van Faraday gebruikt om: creëer kamers omgeven door metalen mazen of geperforeerde platen om te voorkomen dat elektromagnetische stromen binnenkomen.

• Kooien van Faraday voorkomen dat elektromagnetische velden binnenkomen of ontsnappen en kunnen worden gemaakt van aluminium of metalen stoffen. Ze kunnen worden gemaakt met eenvoudige materialen zoals metaaldraad en karton of hout.

Wanneer een extern elektrisch veld in contact komt met de kooi, genereert de kooi hetzelfde elektrische veld alsof de lading erin is geplaatst. Het oppervlak wordt geneutraliseerd met overtollige lading die naar de grond stroomt als de kooi geaard is. Dit voorkomt dat er spanning ontstaat aan de andere kant van de kooi, zodat het veld het materiaal niet passeert. De ladingen herverdeelden zich aan de andere kant van het materiaal als elektrostatische ladingen op het oppervlak worden geïnduceerd.

Deze methode voor het bouwen van een kooi van Faraday vereist metalen platen van koper of aluminium, tape, een schaar, een container van karton of vergelijkbaar materiaal en een ballon om te testen of de kooi werkt. Het materiaal dat het beste werkt is aluminium, koper of kippengaas voor een kippengaas van Faraday. Kooien van Faraday vereisen veel contact tussen de metalen componenten, dus een mesh-ontwerp kan goed werken.

Vorm de container tot een schild of kooi van Faraday door er bijvoorbeeld een doos van te maken die je kan beschermen tegen je omgeving. Wikkel de folie of metalen platen rond de container. Zorg ervoor dat de kooi veel contact heeft tussen de metalen platen.

Snijd een scherm zodat je de buitenkant van binnenuit de kooi kunt zien. Zorg ervoor dat de gaten kleiner zijn dan de golflengte van de elektromagnetische straling die je wilt blokkeren.

Enkele algemene instructies zijn:

1. Meet een vierkant van 10 x 10 inch uit metaalgaas en knip het uit.
2. Snijd op dezelfde manier vijf 8-inch stukken hout of karton.
3. Nieten, vastplakken of op een andere manier het metalen gaas aan het hout of karton bevestigen.
4. Verbind de stroken rond het gaas op ongeveer 5 tot 6 inch afstand van elkaar, zodat ze het hele gaas bedekken of omringen.
5. Vorm het materiaal in een doos of container om de kooi van Faraday te maken.

Probeer je mobiele telefoon in de kooi te gebruiken. Ontvangt of verzendt het de wifi-signalen? Je zou nog steeds een zwakkere hoeveelheid wifi moeten krijgen, omdat kooien van Faraday de frequentie van mobiele telefoons kunnen dempen, maar niet helemaal stoppen.

Radiogolven die door mobiele telefoons worden gebruikt, hebben frequenties die klein genoeg zijn om door kleine gaatjes in de kooi te lekken, dus je zou kleine openingen in de kooi van Faraday moeten solderen of lassen om ze tegen te werken.

Chemici gebruiken kooien van Faraday om ruis van externe bronnen te verminderen en tegelijkertijd nauwkeurige metingen uit te voeren. Digitale forensische onderzoekers gebruiken Faraday-tassen, Faraday-kooien gemaakt van flexibele metalen stof, om op afstand wissen en wijziging van strafrechtelijk bewijs te voorkomen.

Kooien van Faraday bieden beveiliging voor computers om acties zoals spionage te dwarsbomen. Auto's en vliegtuigen fungeren in wezen als kooien van Faraday door te voorkomen dat passagiers in contact komen met schadelijke elektrische ladingen.

Kooien van Faraday worden ook gebruikt om te voorkomen dat radiozenders interfereren met andere apparatuur en om personen en objecten te beschermen tegen stromen van blikseminslagen en ontladingen. Huishoudelijke apparaten gebruiken ze ook. Microgolven hebben schilden om te voorkomen dat golven hun interieur verlaten, terwijl tv-kabels externe elektromagnetische interferentie verminderen om beelden te creëren.

Verschillende geleidbaarheid van metalen kan van invloed zijn op hoe kooien van Faraday voorkomen dat elektrische velden binnendringen. Koper is het meest effectief en wordt gebruikt in MRI-faciliteiten van ziekenhuizen en computerapparatuur, dat kan worden gevormd tot messing en fosforbronslegeringen voor nog specifiekere doeleinden.

Aluminium is ook een goed materiaal omdat het sterk is voor zijn gewicht en een hoge geleidbaarheid heeft, maar het kan na verloop van tijd roesten en is niet goed gesoldeerd. Andere kenmerken bij het ontwerpen van kooien van Faraday zijn prijs, corrosie, dikte, kneedbaarheid, frequenties die worden geblokkeerd en hoe de materialen zelf tot een kooi kunnen worden gevormd.

•••Syed Hussain Ather

Kooien van Faraday beschermen hun binnenkant tegen elektrische velden, een krachtveld dat geladen deeltjes zoals protonen of elektronen omringt. De wet van Coulomb kan worden gebruikt om de elektrische kracht te beschrijvenEnet zo

waarinris de straal tussen geladen deeltjes,ε​₀ is een constant aantal vacuüm permittiviteit van 8,854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ ene₁ e​​₂zijn de ladingen van de deeltjes.

In de kooi kan met deze formule alle elektriciteit die in contact komt met het buitenoppervlak worden gemeten. Het netveld in de kooi blijft nul en beschermt alles wat zich in de kooi bevindt.

De ladingen in een geleider, zoals het geleidende materiaal van een kooi van Faraday, moeten bij evenwicht zo ver mogelijk uit elkaar liggen, zodat de lading op het oppervlak blijft. Dit houdt het elektrische veld binnen nul. Als je een positief geladen object naar de buitenkant van de kooi zou brengen, zouden de elektronen op het binnenoppervlak zich eromheen ophopen om het op te heffen.

Als je jezelf in een kooihuis van Faraday zou voorstellen, zou je verschillende materialen kunnen gebruiken om jezelf te beschermen tegen elektromagnetische interferentie.

Koper is het meest betrouwbare element voor magnetische resonantie beeldvorming (MRI) toepassingen in de geneeskunde om mensen te beschermen tegen de schade van elektromagnetische straling. Het is ook gemakkelijk te combineren met andere elementen om legeringen zoals messing, fosforbrons en berylliumkoper te maken die hogere geleidbaarheidswaarden hebben.

Voorvertind staal is een kosteneffectief materiaal dat het binnendringen van lagere frequenties blokkeert. Koolstofstaal is een andere ideale keuze die frequenties kan blokkeren die andere legeringen en elementen missen. Deze materialen zijn vaak voorzien van een vertinde laag om corrosie te voorkomen.

Koperlegering staat erom bekend corrosie te kunnen weerstaan. Aluminium is een andere ideale keuze die, terwijl u de galvanische corrosie en oxidatie ervan moet onderzoeken, eigenschappen, kan een verscheidenheid aan toepassingen dienen vanwege de goede sterkte-gewichtsverhouding en de hoge hoeveelheid geleidbaarheid.

•••Syed Hussain Ather

In 1836 merkte natuurkundige Michael Faraday op dat een geladen geleider overtollige lading in het materiaal zelf zou opslaan, niet in de holte die de geleider omsloten. Hij bedekte een kamer met metaalfolie. Met een elektrostatische generator buiten, merkte hij dat er binnen geen lading was volgens zijn elektroscoop, een apparaat dat wordt gebruikt om elektrische lading te meten. Hij gebruikte dat om een ​​kooi van Faraday te bouwen voor deze generator.

Zeven jaar later toonde Faraday aan dat de lading op het oppervlak van een geleider voor metalen oppervlakken blijft. Met behulp van een metalen emmer met ijs liet hij zien dat de elektrische lading in een schaal van een geleider een lading creëert op het binnenoppervlak van de schaal. De lading had geen invloed op het binnenvolume van de schaal. Met behulp van een elektroscoop om elektrische ladingen te meten, zou zijn experiment het eerste kwantitatieve experiment met elektrische lading worden.