Hvordan bygge et Faraday-bur

Elektrisitet kan være farlig, men ved å ta passende sikkerhetsforanstaltninger kan du studere hvordan ladninger strømmer, hvordan elektriske felt oppstår og hvordan andre fenomener i elektrisitet fungerer.

Siden begynnelsen av elektrisitet i fysikk har forskere brukt utstyr for å beskytte seg mot skade når de utfører eksperimenter. Denne kunnskapen vil skape Faraday-bur som metoder for å forhindre at folk blir skadet av elektrisitet.

•••Syed Hussain Ather

​Faraday burellerFaraday skjoldblokker elektromagnetiske felt ved hjelp av ledende materialer på overflaten for å omdirigere elektromagnetiske bølger. Det eksterne elektriske feltet får de elektriske ladningene i burets materiale til å endre seg i hvordan de er distribuert med hensyn til elektrostatisk induksjon for å forhindre at feltet kommer inn i innsiden av bur.

Selv om de ikke kan blokkere sakte varierende magnetfelt som jordens, har Faraday-bur vært vant til lage rom omgitt av metallmasker eller perforerte plater for å forhindre elektromagnetiske strømmer kommer inn.

• Faraday-bur forhindrer elektromagnetiske felt i å komme inn eller unnslippe, og kan bygges av aluminium eller metalliske stoffer. De kan lages med enkle materialer, inkludert metalltråd og papp eller tre.

Når et eksternt elektrisk felt kommer i kontakt med buret, genererer buret det samme elektriske feltet som om ladningen var plassert inne. Overflaten nøytraliseres med overflødig ladning som strømmer til bakken hvis buret er jordet. Dette forhindrer at det dannes spenning på den andre siden av buret slik at feltet ikke passerer materialet. Ladningene fordelte seg på den andre siden av materialet ettersom elektrostatiske ladninger induseres på overflaten.

Denne metoden for å bygge et Faraday-bur krever metallark av kobber eller aluminium, tape, saks, pappbeholder eller lignende materiale og en ballong for å teste om buret fungerer. Materialet som fungerer best er aluminium, kobber eller kyllingtråd til et Faraday-bur av hønsetråd. Faraday-bur krever mye kontakt mellom metallkomponentene, slik at en mesh-design kan fungere bra.

Form beholderen til et Faraday-skjold eller bur ved å gjøre den om til for eksempel en boks som kan beskytte deg mot omgivelsene. Pakk folien eller metallarkene rundt beholderen. Forsikre deg om at buret har mye kontakt mellom metallplatene.

Klipp en skjerm slik at du kan se utsiden fra innsiden av buret. Forsikre deg om at hullene er mindre enn bølgelengden til den elektromagnetiske strålingen du vil blokkere fra å komme inn.

Noen generelle instruksjoner er:

1. Mål ut et kvadrat med metallnett på 10 x 10 tommer og klipp det ut.
2. På samme måte kutter du fem 8-tommers lengder av tre eller papp.
3. Stift, teip eller fest metallnettet på tre eller papp på en annen måte.
4. Bli med stripene rundt masken omtrent 5 til 6 inches fra hverandre slik at de dekker eller omgir hele masken.
5. Form materialet til en boks eller beholder for å lage Faraday-buret.

Prøv å bruke mobiltelefonen inne i buret. Mottar eller overfører den wifi-signalene? Du bør fortsatt få en svakere mengde wifi fordi Faraday-bur kan dempe frekvensen på mobiltelefoner, men ikke stoppe det helt.

Radiobølger som mobiltelefoner bruker har små nok frekvenser til å lekke gjennom små hull i buret, så du må lodde eller sveise små hull i Faraday-buret for å handle mot dem.

Kjemikere bruker Faraday-bur for å redusere støy fra eksterne kilder mens de foretar presise målinger. Digitale rettsmedisinske forskere bruker Faraday-vesker, Faraday-bur laget av fleksibelt metallisk stoff, for å forhindre fjerntørking og endring av kriminelle bevis.

Faraday-bur gir datamaskiner sikkerhet for å hindre handlinger som spionering. Biler og fly fungerer i hovedsak som Faraday bur ved å hindre passasjerer i å komme i kontakt med skadelige elektriske ladninger.

Faraday-merder brukes også til å forhindre radiosendere fra å forstyrre annet utstyr og beskytte enkeltpersoner og gjenstander mot strømmer fra lynnedslag og utslipp. Husholdningsapparater bruker dem også. Mikrobølger har skjold for å forhindre at bølger kommer ut av interiøret mens TV-kabler reduserer ekstern elektromagnetisk interferens for å skape bilder.

Ulike ledningsevne hos metaller kan påvirke hvordan Faraday-bur forhindrer elektriske felt i å komme inn. Kobber er den mest effektive, brukt i MR-anlegg og datamaskiner for sykehus, som kan formes til messing og fosfor bronse legeringer for enda mer spesifikke formål.

Aluminium er også et godt materiale fordi det er sterkt for sin vekt og har høy ledningsevne, men det kan ruste over tid og er ikke loddet godt. Andre funksjoner i utformingen av Faraday-bur inkluderer pris, korrosjon, tykkelse, smidbarhet, frekvenser som er blokkert og hvordan materialene i seg selv kan formes til et bur.

•••Syed Hussain Ather

Faradays bur beskytter innsiden mot elektriske felt, et kraftfelt som omgir ladede partikler som protoner eller elektroner. Coulombs lov kan brukes til å beskrive den elektriske kraftenEsom

derrer radien mellom ladede partikler,ε​₀ er et konstant antall vakuumpermittivitet på 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ oge₁ e​​₂er ladningene til partiklene.

Når du er inne i buret, kan elektrisitet som kommer i kontakt med ytre overflate måles ved hjelp av denne formelen. Nettfeltet inne i buret forblir null og beskytter det som er inne i buret.

Ladningene i en leder, som ledende materiale i et Faraday-bur, i likevekt skal være så langt fra hverandre som mulig, slik at ladningen forblir på overflaten. Dette holder det elektriske feltet innenfor null. Hvis du tok med deg et positivt ladet objekt på utsiden av buret, ville elektronene på den indre overflaten akkumuleres rundt det for å avbryte det.

Hvis du forestilte deg et burbur i Faraday, kan du bruke forskjellige materialer for å beskytte deg mot elektromagnetisk forstyrrelse.

Kobber er det mest pålitelige elementet for magnetisk resonansavbildning (MRI) i medisin for å beskytte mennesker mot skadene av elektromagnetisk stråling. Det er også enkelt å kombinere med andre elementer for å lage legeringer som messing, fosforbronse og beryllium kobber som har høyere ledningsevner.

Pre-tinnbelagt stål er et kostnadseffektivt materiale som hindrer lavere frekvenser i å komme inn. Karbonstål er et annet ideelt valg som kan blokkere frekvenser som andre legeringer og elementer savner. Disse materialene kommer ofte med tinnbelegg for å forhindre at de tærer.

Kobberlegering er kjent for å være i stand til å motstå korrosjon. Aluminium er et annet ideelt valg som, mens du trenger å undersøke galvanisk korrosjon og oksidasjon egenskaper, kan betjene en rekke bruksområder på grunn av dets gode styrke / vekt-forhold og høye mengde ledningsevne.

•••Syed Hussain Ather

I 1836 observerte fysikeren Michael Faraday at en ladet leder ville lagre overflødig ladning inne i selve materialet, ikke i hulrommet som lederen lukket. Han belagt et rom med metallfolie. Med en elektrostatisk generator utenfor, la han merke til at det ikke var noen ladning inne i henhold til elektroskopet hans, en enhet som ble brukt til å måle elektrisk ladning. Han brukte det til å bygge et Faraday-bur for denne generatoren.

Syv år senere demonstrerte Faraday at ladningen forblir på overflaten av en leder for metalloverflater. Ved hjelp av en metallbøtte med is viste han den elektriske ladningen i et skall av en leder skaper en ladning på den indre overflaten av skallet. Ladningen påvirket ikke det indre volumet av skallet. Ved å bruke et elektroskop for å måle elektriske ladninger, ville eksperimentet hans bli det første kvantitative eksperimentet på elektrisk ladning.