Ako postaviť Faradayovu klietku

Elektrická energia môže byť nebezpečná, ale pri dodržaní príslušných bezpečnostných opatrení môžete študovať, ako prúdia náboje, ako sa vyskytujú elektrické polia a ako fungujú ďalšie javy v elektrine.

Od úsvitu elektriny vo fyzike používali vedci zariadenia na ochranu pred poškodením pri vykonávaní experimentov. Tieto poznatky by vytvorili Faradayove klietky ako metódy prevencie zranenia ľudí elektrinou.

•••Syed Hussain Ather

​Faradayove klietkyaleboFaradayove štítyblokujú elektromagnetické polia pomocou vodivých materiálov na svojom povrchu na presmerovanie elektromagnetických vĺn. Vonkajšie elektrické pole spôsobuje, že sa elektrické náboje v materiáli klietky menia tak, ako sú distribuované vzhľadom na elektrostatickú indukciu, aby sa zabránilo vstupu poľa do vnútra klietka.

Aj keď nemôžu blokovať pomaly sa meniace magnetické polia, ako je to na Zemi, boli Faradayove klietky zvyknuté vytvorte miestnosti obklopené kovovými okami alebo dierovanými plechmi, aby ste zabránili elektromagnetickým prúdom vstupujúci.

• Faradayove klietky zabraňujú vstupu alebo úniku elektromagnetických polí a môžu byť vyrobené z hliníka alebo kovových látok. Môžu byť vyrobené z jednoduchých materiálov vrátane kovového drôtu a lepenky alebo dreva.

Keď vonkajšie elektrické pole prichádza do styku s klietkou, generuje klietka rovnaké elektrické pole, akoby sa náboj nachádzal vo vnútri. Ak je klietka uzemnená, povrch sa neutralizuje nadmerným nábojom prúdiacim k zemi. Tým sa zabráni vytvoreniu napätia na druhej strane klietky, aby pole neprešlo materiálom. Poplatky sa redistribuujú samy na druhú stranu materiálu, pretože na povrchu sú indukované elektrostatické náboje.

Táto metóda stavby Faradayovej klietky vyžaduje kovové plechy z medi alebo hliníka, pásky, nožnice, nádobu z lepenky alebo podobného materiálu a balón na otestovanie, či klietka funguje. Najlepšie funguje materiál z hliníka, medi alebo kuracieho drôtu pre Faradayovu klietku z kuracieho drôtu. Faradayove klietky vyžadujú veľa kontaktu medzi kovovými komponentmi, aby mohol dobre fungovať sieťový dizajn.

Nádobu vytvarujte do Faradayovho štítu alebo klietky tak, že z nej urobíte napríklad škatuľu, ktorá vás môže chrániť pred okolím. Omotajte fóliu alebo kovové listy okolo nádoby. Uistite sa, že je klietka v dostatočnom kontakte medzi plechmi.

Vystrihnite obrazovku, aby ste videli zvonku z vnútra klietky. Uistite sa, že otvory sú menšie ako vlnová dĺžka elektromagnetického žiarenia, do ktorého chcete zabrániť vstupu.

Niektoré všeobecné pokyny sú:

1. Zmerajte štvorcový kovový pletiv s rozmermi 10 x 10 palcov a vyrežte ho.
2. Podobne nakrájajte päť 8-palcových dĺžok dreva alebo lepenky.
3. Kovové pletivo na drevo alebo lepenku pripevnite sponkou, páskou alebo pripevnite iným spôsobom.
4. Spojte prúžky okolo sieťoviny asi 5 až 6 palcov od seba tak, aby zakrývali alebo obklopovali celú sieťku.
5. Materiál vytvarujte do škatule alebo kontajnera, aby ste vytvorili Faradayovu klietku.

Skúste použiť svoj mobilný telefón v klietke. Prijíma alebo vysiela signály wifi? Stále by ste mali dostať slabšie množstvo wifi, pretože Faradayove klietky môžu znížiť frekvenciu mobilných telefónov, ale nie úplne ich zastaviť.

Rádiové vlny, ktoré používajú mobilné telefóny, majú dostatočne malé frekvencie na to, aby prenikli cez malé otvory v klietke, takže na to, aby ste mohli proti nim zakročiť, musíte spájať alebo zvárať malé medzery vo Faradayovej klietke.

Chemici používajú Faradayove klietky na zníženie hluku z vonkajších zdrojov a zároveň robia presné merania. Vedci v odbore digitálneho forenzného výskumu používajú Faradayove vaky, Faradayove klietky vyrobené z pružnej kovovej tkaniny, aby zabránili diaľkovému utieraniu a pozmeňovaniu trestných dôkazov.

Faradayove klietky poskytujú počítačom zabezpečenie proti prekazeniu akcií, ako je napríklad špionáž. Automobily a lietadlá fungujú v podstate ako Faradayove klietky tým, že bránia cestujúcim v kontakte so škodlivými elektrickými nábojmi.

Faradayove klietky sa tiež používajú na zabránenie interferencie rádiových vysielačov s inými zariadeniami a na ochranu osôb a predmetov pred prúdmi bleskov a výbojmi. Používajú ich aj domáce spotrebiče. Mikrovlny majú štíty, ktoré zabraňujú vlnám z ich vnútra, zatiaľ čo televízne káble znižujú vonkajšie elektromagnetické rušenie a vytvárajú tak obraz.

Rozdielna vodivosť kovov môže mať vplyv na to, ako Faradayove klietky bránia vstupu elektrických polí. Meď je najefektívnejšia a používa sa v nemocničných zariadeniach magnetickej rezonancie a počítačových prístrojoch. Z nej je možné vyrobiť zliatiny mosadze a fosforového bronzu pre ešte konkrétnejšie účely.

Hliník je tiež dobrý materiál, pretože je odolný voči svojej hmotnosti a má vysokú vodivosť, ale môže časom hrdzavieť a nie je dobre spájkovaný. Medzi ďalšie vlastnosti pri navrhovaní Faradayových klietok patrí cena, korózia, hrúbka, tvárnosť, frekvencie blokovania a spôsob, akým je možné zo samotných materiálov vytvoriť klietku.

•••Syed Hussain Ather

Faradayove klietky chránia svoje vnútro pred elektrickými poľami, silovým poľom obklopujúcim nabité častice, ako sú protóny alebo elektróny. Na opísanie elektrickej sily možno použiť Coulombov zákonEako

v ktoromrje polomer medzi nabitými časticami,ε​₀ je konštantný počet vákuovej permitivity 8 854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ ae₁ e​​₂sú náboje častíc.

Vo vnútri klietky je možné pomocou tohto vzorca merať všetku elektrinu, ktorá prichádza do styku s vonkajším povrchom. Sieťové pole vo vnútri klietky zostáva nulové, čím chráni všetko, čo je vo vnútri klietky.

Náboje vo vodiči, napríklad vo vodivom materiáli Faradayovej klietky, by mali byť pri rovnováhe čo najďalej od seba, aby náboj zostal na povrchu. Toto udržuje elektrické pole vo vnútri nuly. Ak by ste priniesli kladne nabitý predmet na vonkajšiu stranu klietky, elektróny na vnútornom povrchu by sa hromadili okolo nej, aby ju zrušili.

Ak ste si predstavovali, že ste v domčeku vo Faradayovej klietke, mohli by ste sa pomocou rôznych materiálov chrániť pred elektromagnetickým rušením.

Meď je najspoľahlivejším prvkom v medicíne na zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI), ktoré chráni ľudí pred škodlivými účinkami elektromagnetického žiarenia. Je tiež ľahké kombinovať s inými prvkami a vytvoriť zliatiny ako mosadz, fosforový bronz a berýlium meď, ktoré majú vyššie hodnoty vodivosti.

Predbežne pocínovaná oceľ je nákladovo efektívny materiál, ktorý blokuje vstup nižších frekvencií. Uhlíková oceľ je ďalšou ideálnou voľbou, ktorá môže blokovať frekvencie iných zliatin a prvkov. Tieto materiály sú často opatrené cínovaním, aby sa zabránilo ich korózii.

Zliatina medi je známa tým, že je schopná odolávať korózii. Hliník je ďalšou ideálnou voľbou, ktorú musíte preskúmať, pokiaľ potrebujete preskúmať jeho galvanickú koróziu a oxidáciu vlastnosti, môže slúžiť na rôzne použitie vďaka dobrému pomeru pevnosti a hmotnosti a vysokému množstvu vodivosť.

•••Syed Hussain Ather

V roku 1836 fyzik Michael Faraday spozoroval, že nabitý vodič bude ukladať prebytočný náboj do samotného materiálu, nie do dutiny, ktorú vodič obklopuje. Izbu natrel kovovou fóliou. Keď bol vonku elektrostatický generátor, všimol si, že podľa jeho elektroskopu, prístroja používaného na meranie elektrického náboja, vo vnútri nebol náboj. Použil to na vybudovanie Faradayovej klietky pre tento generátor.

O sedem rokov neskôr Faraday demonštroval zvyšky náboja na povrchu vodiča pre kovové povrchy. Pomocou kovového vedra s ľadom ukázal, že elektrický náboj v plášti vodiča vytvára náboj na vnútornom povrchu plášťa. Náboj nemal vplyv na vnútorný objem škrupiny. Použitím elektroskopu na meranie elektrických nábojov by sa jeho experiment stal prvým kvantitatívnym experimentom na elektrickom náboji.