Kako zgraditi kletko Faraday

Elektrika je lahko nevarna, vendar z ustreznimi varnostnimi ukrepi lahko preučite, kako tečejo naboji, kako nastajajo električna polja in kako delujejo drugi pojavi v elektriki.

Od začetka elektrike v fiziki se znanstveniki uporabljajo opremo za zaščito pred škodo pri izvajanju poskusov. To znanje bi ustvarilo Faradayeve kletke kot metode za preprečevanje ljudi, da bi jih poškodovala elektrika.

•••Syed Hussain Ather

​Faradayeve kletkealiFaradayevi ščitiblokirajo elektromagnetna polja z uporabo prevodnih materialov na njihovi površini za preusmeritev elektromagnetnih valov. Zunanje električno polje povzroči, da se električni naboji v materialu kletke spremenijo porazdeljeno glede na elektrostatično indukcijo, da se prepreči vstop polja v notranjost kletka.

Čeprav ne morejo blokirati počasnih spreminjajočih se magnetnih polj, kot je zemeljsko, so Faradayeve kletke že vajene ustvarite prostore, obdane s kovinskimi mrežicami ali perforiranimi ploščami, da preprečite prodiranje elektromagnetnih tokov vstopanje.

• Faradayeve kletke preprečujejo vstop ali uhajanje elektromagnetnih polj in so lahko zgrajene iz aluminija ali kovinskih snovi. Izdelane so lahko iz preprostih materialov, vključno s kovinsko žico in kartonom ali lesom.

Ko zunanje električno polje pride v stik s kletko, kletka ustvari enako električno polje, kot da bi bil naboj nameščen znotraj. Če je kletka ozemljena, se površina nevtralizira s prekomernim nabojem, ki teče na tla. To preprečuje nastanek napetosti na drugi strani kletke, tako da polje ne prehaja skozi material. Naboji se prerazporedijo na drugi strani materiala, saj se na površini inducirajo elektrostatični naboji.

Ta način gradnje Faradayeve kletke zahteva kovinske plošče iz bakra ali aluminija, trak, škarje, posodo iz kartona ali podobnega materiala in balon, da preizkusite, ali kletka deluje. Najboljši material je aluminij, baker ali piščančja žica za piščančjo žico Faraday. Faradayeve kletke zahtevajo veliko stika med kovinskimi komponentami, tako da lahko mrežasta zasnova dobro deluje.

Posodo oblikujte v Faradayev ščit ali kletko, tako da jo na primer spremenite v škatlo, ki vas lahko zaščiti pred okolico. Folijo ali kovinske liste zavijte okoli posode. Prepričajte se, da ima kletka velik stik med pločevinami.

Izrežite zaslon, tako da boste od znotraj v kletki videli zunanjost. Prepričajte se, da so luknje manjše od valovne dolžine elektromagnetnega sevanja, ki mu želite preprečiti vstop.

Nekaj ​​splošnih navodil je:

1. Izmerite 10 x 10 palčni kvadrat kovinske mrežice in jo izrežite.
2. Podobno izrežite pet 8-palčnih dolžin lesa ali kartona.
3. Spenjajte, lepite ali kako drugače pritrdite kovinsko mrežo na les ali karton.
4. Spojite trakove okoli mrežnega očesa približno 5 do 6 centimetrov drug od drugega, tako da prekrijejo ali obkrožijo celotno mrežo.
5. Material oblikujte v škatlo ali posodo, da ustvarite Faradayovo kletko.

Poskusite uporabiti svoj mobilni telefon v kletki. Ali sprejema ali oddaja wifi signale? Še vedno bi morali dobiti šibkejšo količino wifi-ja, ker lahko Faradayeve kletke oslabijo frekvenco mobilnih telefonov, vendar je ne morejo popolnoma ustaviti.

Radijski valovi, ki jih uporabljajo mobilni telefoni, imajo dovolj majhne frekvence, da lahko puščajo skozi majhne luknje v kletki, zato boste morali spajkati ali zavariti majhne reže v Faradayevi kletki, da delujejo proti njim.

Kemiki uporabljajo Faradayeve kletke za zmanjšanje hrupa iz zunanjih virov ob natančnem merjenju. Raziskovalci digitalne forenzike uporabljajo Faradayeve vrečke, Faradayeve kletke iz prožne kovinske tkanine, da preprečijo brisanje na daljavo in spreminjanje kazenskih dokazov.

Faradayeve kletke zagotavljajo varnost računalnikov, da preprečijo dejanja, kot je vohunjenje. Avtomobili in letala v bistvu delujejo kot Faradayeve kletke, saj potnikom preprečujejo stik s škodljivimi električnimi naboji.

Faradayeve kletke se uporabljajo tudi za preprečevanje motenja radijskih oddajnikov v drugi opremi in za zaščito posameznikov in predmetov pred tokovi strele in razelektritve. Uporabljajo jih tudi gospodinjski aparati. Mikrovalovi imajo ščite, ki preprečujejo izhod valov iz njihove notranjosti, medtem ko televizijski kabli zmanjšujejo zunanje elektromagnetne motnje za ustvarjanje slik.

Različna prevodnost kovin lahko vpliva na to, kako Faradayeve kletke preprečujejo vstop električnih polj. Baker je najučinkovitejši in se uporablja v bolnišničnih napravah za magnetno resonanco in računalniških napravah, ki jih je mogoče oblikovati v medenino in fosforjeve zlitine brona za še bolj specifične namene.

Aluminij je dober material tudi zato, ker je močan zaradi svoje teže in ima visoko prevodnost, vendar lahko sčasoma rja in ni dobro spajkan. Druge značilnosti pri oblikovanju Faradayevih kletk vključujejo ceno, korozijo, debelino, gibčnost, blokirane frekvence in kako lahko materiale same oblikujemo v kletko.

•••Syed Hussain Ather

Faradayeve kletke ščitijo svojo notranjost pred električnimi polji, silovnim poljem, ki obdaja nabite delce, kot so protoni ali elektroni. Coulombov zakon lahko uporabimo za opis električne sileEkot

v katerirje polmer med nabitimi delci,ε​₀ je konstantno število propustnosti vakuuma 8,854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ ine₁ e​​₂so naboji delcev.

Ko je v kletki, je mogoče po tej formuli izmeriti elektriko, ki pride v stik z zunanjo površino. Mrežno polje znotraj kletke ostane nič in ščiti vse, kar je znotraj kletke.

Naboji v vodniku, kot je prevodni material Faradayeve kletke, morajo biti v ravnovesju čim bolj narazen, da ostane naboj na površini. To ohranja električno polje znotraj ničle. Če ste pozitivno nabit predmet prinesli na zunanjo stran kletke, bi se elektroni na notranji površini kopičili okoli njega, da bi ga izničili.

Če ste si predstavljali sebe v hiši s kletkami Faraday, bi lahko uporabili različne materiale, da se zaščitite pred elektromagnetnimi motnjami.

Baker je najbolj zanesljiv element za uporabo slik z magnetno resonanco (MRI) v medicini za zaščito ljudi pred škodo elektromagnetnega sevanja. Prav tako je enostavno kombinirati z drugimi elementi za ustvarjanje zlitin, kot so medenina, fosforjev bron in berilijev baker, ki imajo večje vrednosti prevodnosti.

Predplaknjeno jeklo je stroškovno učinkovit material, ki preprečuje vstop nižjim frekvencam. Ogljikovo jeklo je še ena idealna izbira, ki lahko blokira frekvence, ki jih druge zlitine in elementi pogrešajo. Ti materiali so pogosto opremljeni s kositrno prevleko, da preprečijo korozijo.

Bakrova zlitina je znana po tem, da se lahko upira koroziji. Aluminij je še ena idealna izbira, ki pa mora preučiti njegovo galvansko korozijo in oksidacijo lastnosti, lahko služijo za različne namene zaradi dobrega razmerja med trdnostjo in težo in velike količine prevodnost.

•••Syed Hussain Ather

Leta 1836 je fizik Michael Faraday opazil, da bi napolnjeni vodnik shranil odvečni naboj znotraj samega materiala, ne v votlini, ki jo je vodnik zaprl. Sobo je prevlekel s kovinsko folijo. Z zunanjim elektrostatičnim generatorjem je opazil, da znotraj njegovega elektroskopa, naprave za merjenje električnega naboja, ni nobenega naboja. To je uporabil za izdelavo Faradayeve kletke za ta generator.

Sedem let kasneje je Faraday dokazal ostanke naboja na površini vodnika za kovinske površine. Z uporabo kovinskega vedra z ledom je pokazal, da električni naboj v lupini vodnika ustvarja naboj na notranji površini lupine. Polnjenje ni vplivalo na notranji volumen lupine. Z uporabo elektroskopa za merjenje električnih nabojev bi njegov poskus postal prvi kvantitativni eksperiment z električnim nabojem.