Как построить клетку Фарадея

Электричество может быть опасным, но принятие соответствующих мер безопасности может позволить вам изучить, как протекают заряды, как возникают электрические поля и как функционируют другие явления в электричестве.

С момента появления электричества в физике ученые использовали оборудование, чтобы защитить себя от повреждений при проведении экспериментов. Эти знания позволят создать клетки Фарадея как метод защиты людей от поражения электрическим током.

•••Сайед Хуссейн Атер

​Клетки Фарадеяили жеЩиты Фарадеяблокировать электромагнитные поля, используя на своей поверхности проводящие материалы для перенаправления электромагнитных волн. Внешнее электрическое поле заставляет электрические заряды в материале клетки изменяться. распределены относительно электростатической индукции, чтобы предотвратить проникновение поля внутрь клетка.

Хотя они не могут блокировать медленно меняющиеся магнитные поля, такие как у Земли, клетки Фарадея использовались для создавать комнаты, окруженные металлическими сетками или перфорированными листами, чтобы предотвратить электромагнитные токи вход.

• Клетки Фарадея предотвращают проникновение или выход электромагнитных полей и могут быть изготовлены из алюминия или металлических материалов. Они могут быть изготовлены из простых материалов, включая металлическую проволоку, картон или дерево.

Когда внешнее электрическое поле вступает в контакт с клеткой, она генерирует такое же электрическое поле, как если бы заряд был помещен внутрь. Поверхность нейтрализуется избыточным зарядом, текущим на землю, если клетка заземлена. Это предотвращает образование напряжения на другой стороне клетки, чтобы поле не проходило через материал. Заряды перераспределяются на другой стороне материала, поскольку на поверхности индуцируются электростатические заряды.

Этот метод построения клетки Фарадея требует металлических листов меди или алюминия, ленты, ножниц, картонного контейнера или аналогичного материала и воздушного шара, чтобы проверить, работает ли клетка. Лучше всего подходят алюминий, медь или сетка для проволочной сетки Фарадея. Клетки Фарадея требуют тесного контакта между металлическими компонентами, поэтому сетчатая конструкция может работать хорошо.

Сформируйте из контейнера щит Фарадея или клетку, превратив его, например, в коробку, которая защитит вас от окружения. Оберните емкость фольгой или металлическими листами. Убедитесь, что клетка имеет плотный контакт между листами металла.

Вырежьте экран так, чтобы видеть снаружи клетки изнутри. Убедитесь, что отверстия меньше длины волны электромагнитного излучения, проникновение в которое вы хотите заблокировать.

Вот некоторые общие инструкции:

1. Отмерьте квадрат 10 x 10 дюймов металлической сетки экрана и вырежьте его.
2. Точно так же отрежьте пять 8-дюймовых кусков дерева или картона.
3. Прикрепите скобу, скотч или другим способом металлическую сетку к дереву или картону.
4. Соедините полоски вокруг сетки на расстоянии 5–6 дюймов друг от друга, чтобы они покрывали или окружали всю сетку.
5. Сформируйте из материала коробку или контейнер, чтобы создать клетку Фарадея.

Попробуйте использовать свой мобильный телефон внутри клетки. Он принимает или передает сигналы Wi-Fi? Вы все равно должны получить более слабое количество Wi-Fi, потому что клетки Фарадея могут ослабить частоту сотовых телефонов, но не полностью остановить ее.

Радиоволны, которые используют сотовые телефоны, имеют достаточно малые частоты, чтобы просачиваться через небольшие отверстия в корпусе, поэтому вам придется припаять или заварить небольшие зазоры в клетке Фарадея, чтобы действовать против них.

Химики используют клетки Фарадея для уменьшения шума от внешних источников при проведении точных измерений. Исследователи цифровой криминалистики используют сумки Фарадея, клетки Фарадея из гибкой металлической ткани, чтобы предотвратить удаленное стирание и изменение улик.

Клетки Фарадея обеспечивают безопасность компьютеров для предотвращения таких действий, как шпионаж. Автомобили и самолеты действуют по сути как клетки Фарадея, предохраняя пассажиров от контакта с опасными электрическими зарядами.

Клетки Фарадея также используются для предотвращения взаимодействия радиопередатчиков с другим оборудованием и защиты людей и объектов от токов ударов молний и разрядов. Бытовая техника тоже их использует. Микроволны имеют экраны, предотвращающие выход волн изнутри, в то время как телевизионные кабели уменьшают внешние электромагнитные помехи для создания изображений.

Различная проводимость металлов может повлиять на то, как клетки Фарадея предотвращают проникновение электрических полей. Медь является наиболее эффективной, используемой в больничных аппаратах МРТ и компьютерных приборах, из которой можно преобразовать латунь и сплавы фосфорной бронзы для более конкретных целей.

Алюминий также является хорошим материалом, потому что он прочен для своего веса и обладает высокой проводимостью, но со временем может ржаветь и плохо паяться. Другие особенности при проектировании клеток Фарадея включают цену, коррозию, толщину, пластичность, частоту блокировки и то, как сами материалы могут быть сформированы в клетку.

•••Сайед Хуссейн Атер

Клетки Фарадея защищают их внутренности от электрических полей, силового поля, окружающего заряженные частицы, такие как протоны или электроны. Закон Кулона можно использовать для описания электрической силыEв виде

в которомрэто радиус между заряженными частицами,ε​₀ постоянное число диэлектрической проницаемости вакуума 8,854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ а такжее₁ е​​₂- заряды частиц.

Находясь внутри клетки, любое электричество, которое контактирует с внешней поверхностью, можно измерить по этой формуле. Чистое поле внутри клетки остается нулевым, защищая все, что находится внутри клетки.

Заряды в проводнике, таком как проводящий материал клетки Фарадея, в состоянии равновесия должны находиться как можно дальше друг от друга, чтобы заряд оставался на поверхности. Это удерживает электрическое поле внутри нуля. Если вы вынесете положительно заряженный объект за пределы клетки, электроны на внутренней поверхности будут скапливаться вокруг него, чтобы нейтрализовать его.

Если вы представили себя в клетке Фарадея, вы могли бы использовать разные материалы, чтобы защитить себя от электромагнитных помех.

Медь - самый надежный элемент для применения в медицине для магнитно-резонансной томографии (МРТ), защищающий людей от вредного воздействия электромагнитного излучения. Его также легко комбинировать с другими элементами для создания сплавов, таких как латунь, фосфорная бронза и бериллиевая медь, с более высокими значениями проводимости.

Предварительно луженая сталь - это экономичный материал, который блокирует проникновение низких частот. Углеродистая сталь - еще один идеальный выбор, который может блокировать частоты, которые пропускают другие сплавы и элементы. Эти материалы часто покрыты оловом, чтобы предотвратить их коррозию.

Медный сплав известен своей устойчивостью к коррозии. Алюминий - еще один идеальный выбор, который, хотя вам нужно изучить его гальваническую коррозию и окисление. свойств, может использоваться в самых разных областях благодаря хорошему соотношению прочности к весу и большому количеству проводимость.

•••Сайед Хуссейн Атер

В 1836 году физик Майкл Фарадей наблюдал, что заряженный проводник будет накапливать избыточный заряд внутри самого материала, а не в полости, которую он заключал. Он покрыл комнату металлической фольгой. С помощью электростатического генератора снаружи он заметил, что внутри не было заряда, согласно его электроскопу, устройству, используемому для измерения электрического заряда. Он использовал это, чтобы построить клетку Фарадея для этого генератора.

Семь лет спустя Фарадей продемонстрировал, что заряд остается на поверхности проводника для металлических поверхностей. Используя металлическое ведро со льдом, он показал, что электрический заряд в оболочке проводника создает заряд на внутренней поверхности оболочки. Заряд не повлиял на внутренний объем снаряда. Его эксперимент с использованием электроскопа для измерения электрических зарядов стал первым количественным экспериментом с электрическим зарядом.