Cum să construiești o cușcă Faraday

Electricitatea poate fi periculoasă, dar luând măsurile de siguranță adecvate vă poate permite să studiați cum curg încărcăturile, cum apar câmpurile electrice și cum funcționează alte fenomene din electricitate.

De la apariția electricității în fizică, oamenii de știință au folosit echipamente pentru a se proteja de rău atunci când efectuează experimente. Aceste cunoștințe ar crea cuști Faraday ca metode de prevenire a oamenilor de a fi răniți de electricitate.

•••Syed Hussain Ather

​Cuști FaradaysauScuturi Faradayblochează câmpurile electromagnetice folosind materiale conductoare pe suprafața lor pentru a redirecționa undele electromagnetice. Câmpul electric extern face ca sarcinile electrice din materialul cuștii să se schimbe în modul în care sunt distribuite în raport cu inducția electrostatică pentru a împiedica pătrunderea câmpului în interiorul cuşcă.

Deși nu pot bloca câmpuri magnetice variate lente, precum cel al Pământului, cuștile Faraday au fost obișnuite creați încăperi înconjurate de ochiuri metalice sau foi perforate pentru a preveni curenții electromagnetici intrând.

• Cuștile Faraday împiedică pătrunderea sau ieșirea câmpurilor electromagnetice și pot fi construite din aluminiu sau substanțe metalice. Pot fi realizate cu materiale simple, inclusiv sârmă metalică și carton sau lemn.

Când un câmp electric extern intră în contact cu cușca, cușca generează același câmp electric ca și când sarcina ar fi plasată în interior. Suprafața este neutralizată cu o sarcină excesivă care curge la sol dacă cușca este împământată. Acest lucru împiedică formarea tensiunii pe cealaltă parte a cuștii, astfel încât câmpul să nu treacă materialul. Sarcinile s-au redistribuit pe cealaltă parte a materialului pe măsură ce sarcinile electrostatice sunt induse la suprafață.

Această metodă de construire a unei cuști Faraday necesită foi metalice de cupru sau aluminiu, bandă, foarfece, un recipient din carton sau materiale similare și un balon pentru a testa dacă cușca funcționează. Materialul care funcționează cel mai bine este aluminiu, cupru sau sârmă de pui pentru o cușcă Faraday de sârmă de pui. Cuștile Faraday necesită mult contact între componentele metalice, astfel încât un design de plasă să funcționeze bine.

Formați recipientul într-un scut sau cușcă Faraday transformându-l, de exemplu, într-o cutie care vă poate proteja de împrejurimi. Înfășurați folia sau foile metalice în jurul recipientului. Asigurați-vă că cușca are mult contact între foile de metal.

Tăiați un ecran, astfel încât să puteți vedea exteriorul din interiorul cuștii. Asigurați-vă că găurile sunt mai mici decât lungimea de undă a radiației electromagnetice pe care doriți să o blocați.

Unele instrucțiuni generale sunt:

1. Măsurați un pătrat de 10 x 10 inch cu plasă metalică a ecranului și tăiați-l.
2. În mod similar, tăiați cinci lungimi de 8 inci de lemn sau carton.
3. Capsați, lipiți sau fixați în altă metodă ochiurile metalice de lemn sau carton.
4. Alăturați benzile în jurul ochiului la aproximativ 5 până la 6 inci unul de celălalt, astfel încât să acopere sau să înconjoare întreaga ochiuri.
5. Formați materialul într-o cutie sau container pentru a crea cușca Faraday.

Încercați să utilizați telefonul mobil în interiorul cuștii. Primește sau transmite semnalele wifi? Încă ar trebui să obțineți o cantitate mai mică de wifi, deoarece cuștile Faraday pot atenua frecvența telefoanelor mobile, dar nu o pot opri complet.

Undele radio pe care le folosesc telefoanele mobile au frecvențe suficient de mici pentru a se scurge prin găurile mici din cușcă, astfel încât ar trebui să lipiți sau să sudați mici goluri din cușca Faraday pentru a acționa împotriva lor.

Chimiștii folosesc cuști Faraday pentru a reduce zgomotul din surse externe, în timp ce fac măsurători precise. Cercetătorii de criminalistică digitală folosesc pungi Faraday, cuști Faraday din țesătură metalică flexibilă, pentru a preveni ștergerea la distanță și modificarea probelor penale.

Cuștile Faraday oferă securitate computerelor pentru a contracara acțiuni precum spionajul. Mașinile și avioanele acționează în esență ca cuști Faraday, împiedicând pasagerii să intre în contact cu încărcături electrice dăunătoare.

Cuștile Faraday sunt, de asemenea, utilizate pentru a preveni transmiterea radio de a interfera cu alte echipamente și pentru a proteja persoanele și obiectele de curenții de fulgere și descărcări. Aparatele de uz casnic le folosesc și ele. Microundele au scuturi pentru a preveni ieșirea undelor din interior, în timp ce cablurile TV reduc interferențele electromagnetice externe pentru a crea imagini.

Conductivitatea diferită a metalelor poate afecta modul în care cuștile Faraday împiedică pătrunderea câmpurilor electrice. Cuprul este cel mai eficient, utilizat în instalațiile RMN de spital și în aparatele de calculator, care pot fi formate din aliaje de alamă și bronz fosforos în scopuri chiar mai specifice.

Aluminiul este și un material bun, deoarece este puternic pentru greutatea sa și are o conductivitate ridicată, dar poate rugini în timp și nu este lipit bine. Alte caracteristici în proiectarea cuștilor Faraday includ prețul, coroziunea, grosimea, maleabilitatea, frecvențele blocate și modul în care materialele în sine pot fi transformate într-o cușcă.

•••Syed Hussain Ather

Cuștile Faraday își protejează interiorul de câmpurile electrice, un câmp de forță care înconjoară particulele încărcate, cum ar fi protoni sau electroni. Legea lui Coulomb poate fi utilizată pentru a descrie forța electricăEla fel de

in carereste raza dintre particulele încărcate,ε​₀ este un număr constant de permitivitate la vid de 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ șie₁ e​​₂sunt sarcinile particulelor.

Când se află în interiorul cuștii, orice energie electrică care intră în contact cu suprafața exterioară poate fi măsurată folosind această formulă. Câmpul net din interiorul cuștii rămâne zero, protejând orice este în interiorul cuștii.

Sarcinile într-un conductor, cum ar fi materialul conductor al unei cuști Faraday, la echilibru ar trebui să fie cât mai departe posibil, astfel încât sarcina să rămână la suprafață. Acest lucru menține câmpul electric în interiorul zero. Dacă ați aduce un obiect încărcat pozitiv în exteriorul cuștii, electronii de pe suprafața interioară s-ar acumula în jurul ei pentru a-l anula.

Dacă te-ai imagina într-o casă cușcă Faraday, ai putea folosi diferite materiale pentru a te proteja de interferențele electromagnetice.

Cuprul este cel mai fiabil element pentru aplicațiile de imagistică prin rezonanță magnetică (RMN) în medicină pentru a proteja oamenii de daunele radiației electromagnetice. De asemenea, este ușor de combinat cu alte elemente pentru a crea aliaje precum alamă, bronz fosforos și cupru beriliu care au valori mai mari de conductivitate.

Oțelul prefabricat este un material rentabil, care blochează intrarea frecvențelor mai mici. Oțelul carbon este o altă alegere ideală care poate bloca frecvențele pierdute de alte aliaje și elemente. Aceste materiale vin adesea cu placare de tablă pentru a le preveni corodarea.

Aliajul de cupru este cunoscut pentru că poate rezista la coroziune. Aluminiul este o altă alegere ideală care, deși trebuie să-i examinați coroziunea și oxidarea galvanică proprietăți, poate servi o varietate de aplicații datorită raportului său bun rezistență / greutate și cantității mari de conductivitate.

•••Syed Hussain Ather

În 1836, fizicianul Michael Faraday a observat că un conductor încărcat stochează excesul de sarcină în interiorul materialului în sine, nu în cavitatea pe care conductorul o închidea. A acoperit o cameră cu folie de metal. Cu un generator electrostatic afară, a observat că nu există nicio încărcare în interior, conform electroscopului său, un dispozitiv folosit pentru măsurarea sarcinii electrice. El a folosit asta pentru a construi o cușcă Faraday pentru acest generator.

Șapte ani mai târziu, Faraday a demonstrat că sarcina rămâne pe suprafața unui conductor pentru suprafețele metalice. Folosind o găleată metalică cu gheață, el a arătat că sarcina electrică într-o carcasă a unui conductor creează o sarcină pe suprafața interioară a carcasei. Încărcarea nu a afectat volumul interior al carcasei. Folosind un electroscop pentru a măsura sarcinile electrice, experimentul său ar deveni primul experiment cantitativ privind sarcina electrică.