Hur man bygger en Faraday-bur

Elektricitet kan vara farligt, men om du tar lämpliga säkerhetsåtgärder kan du studera hur laddningar flyter, hur elektriska fält uppstår och hur andra fenomen i el fungerar.

Sedan elektricitetens början i fysiken har forskare använt utrustning för att skydda sig från skada när de utför experiment. Denna kunskap skulle skapa Faradays burar som metoder för att förhindra att människor skadas av el.

•••Syed Hussain Ather

​Faraday burarellerFaraday-sköldarblockera elektromagnetiska fält med ledande material på deras yta för att omdirigera elektromagnetiska vågor. Det externa elektriska fältet får de elektriska laddningarna i burets material att förändras i hur de är distribueras med avseende på elektrostatisk induktion för att förhindra att fältet tränger in i insidan av bur.

Även om de inte kan blockera långsamt varierande magnetfält som jordens, har Faraday-burar varit vana vid skapa rum omgiven av metallnät eller perforerade lakan för att förhindra elektromagnetiska strömmar från går in.

• Faradays burar hindrar elektromagnetiska fält från att tränga in eller komma ut och kan byggas av aluminium eller metalliska ämnen. De kan tillverkas med enkla material inklusive metalltråd och kartong eller trä.

När ett externt elektriskt fält kommer i kontakt med buren genererar buren samma elektriska fält som om laddningen placerades inuti. Ytan neutraliseras med överflödig laddning som flyter till marken om buren är jordad. Detta förhindrar att spänning bildas på andra sidan buret så att fältet inte passerar materialet. Laddningarna omfördelade sig själva på andra sidan av materialet eftersom elektrostatiska laddningar induceras på ytan.

Denna metod för att bygga en Faraday-bur kräver metallark av koppar eller aluminium, tejp, sax, en kartong eller liknande materialbehållare och en ballong för att testa om buret fungerar. Materialet som fungerar bäst är aluminium, koppar eller kycklingtråd för en Faraday-bur för kycklingtråd. Faradays burar kräver mycket kontakt mellan metallkomponenterna så att en maskdesign kan fungera bra.

Forma behållaren till en Faraday-sköld eller bur genom att förvandla den till exempel en låda som kan skydda dig från din omgivning. Vik folien eller metallarken runt behållaren. Se till att buren har mycket kontakt mellan metallplåtarna.

Klipp ut en skärm så att du kan se utsidan inifrån buret. Se till att hålen är mindre än våglängden för den elektromagnetiska strålningen du vill blockera från att komma in.

Några allmänna instruktioner är:

1. Mät upp en 10 x 10 tum kvadrat av skärmmetallnät och klipp ut det.
2. På samma sätt klippa fem 8-tums längder av trä eller kartong.
3. Häfta, tejpa eller fäst metallnätet på trä eller kartong i någon annan metod.
4. Anslut remsorna runt nätet cirka 5 till 6 tum från varandra så att de täcker eller omger hela nätet.
5. Forma materialet i en låda eller behållare för att skapa Faradays bur.

Försök använda din mobiltelefon inuti buren. Tar det emot eller överför wifi-signalerna? Du bör fortfarande få en svagare mängd wifi eftersom Faraday-burar kan dämpa frekvensen på mobiltelefoner, men inte helt stoppa den.

Radiovågor som mobiltelefoner använder har tillräckligt små frekvenser för att läcka genom små hål i buren så att du måste lödda eller svetsa små luckor i Faradays bur för att agera mot dem.

Kemister använder Faradays burar för att minska buller från externa källor samtidigt som de gör exakta mätningar. Digitala kriminaltekniska forskare använder Faraday-påsar, Faraday-burar gjorda av flexibelt metallväv, för att förhindra fjärrstyrning och förändring av kriminella bevis.

Faradays burar erbjuder datorer säkerhet för att förhindra åtgärder som spionering. Bilar och flygplan fungerar i huvudsak som Faraday-burar genom att hindra passagerare från att komma i kontakt med skadliga elektriska laddningar.

Faradays burar används också för att förhindra radiosändare från att störa annan utrustning och skydda individer och föremål från strömmar av blixtnedslag och urladdningar. Hushållsapparater använder dem också. Mikrovågor har sköldar för att förhindra att vågor kommer ut ur deras interiör medan TV-kablar minskar extern elektromagnetisk störning för att skapa bilder.

Olika ledningsförmåga hos metaller kan påverka hur Faradays burar hindrar elektriska fält från att komma in. Koppar är den mest effektiva, som används i MR-anläggningar och datorapparater på sjukhus, som kan formas till mässing och fosforbronslegeringar för ännu mer specifika ändamål.

Aluminium är också ett bra material eftersom det är starkt för sin vikt och har hög konduktivitet, men det kan rosta med tiden och är inte lödt bra. Andra funktioner i utformningen av Faraday-burar inkluderar pris, korrosion, tjocklek, smidbarhet, frekvenser som är blockerade och hur själva materialen kan formas till en bur.

•••Syed Hussain Ather

Faradays burar skyddar insidan från elektriska fält, ett kraftfält som omger laddade partiklar som protoner eller elektroner. Coulombs lag kan användas för att beskriva den elektriska kraftenEsom

i vilkenrär radien mellan laddade partiklar,ε​₀ är ett konstant antal vakuumpermitivitet på 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ oche₁ e​​₂är partiklarnas laddningar.

När du är inne i buren kan el som kommer i kontakt med den yttre ytan mätas med denna formel. Nätfältet inuti buren förblir noll och skyddar allt som finns inuti buren.

Laddningarna i en ledare, såsom det ledande materialet i en Faraday-bur, vid jämvikt bör vara så långt ifrån varandra som möjligt så att laddningen förblir på ytan. Detta håller det elektriska fältet inom noll. Om du tog med ett positivt laddat föremål på utsidan av buren, skulle elektronerna på den inre ytan ackumuleras runt den för att avbryta den.

Om du föreställde dig själv i ett burhus i Faraday, kan du använda olika material för att skydda dig från elektromagnetisk störning.

Koppar är det mest pålitliga elementet för magnetisk resonanstomografi (MRI) inom medicin för att skydda människor från skadorna på elektromagnetisk strålning. Det är också lätt att kombinera med andra element för att skapa legeringar som mässing, fosforbrons och berylliumkoppar som har högre ledningsförmåga.

Förpläterat stål är ett kostnadseffektivt material som förhindrar att lägre frekvenser kommer in. Kolstål är ett annat idealiskt val som kan blockera frekvenser som andra legeringar och element saknar. Dessa material kommer ofta med tennplätering för att förhindra att de korroderar.

Kopparlegering är känd för att kunna motstå korrosion. Aluminium är ett annat perfekt val, medan du behöver undersöka dess galvaniska korrosion och oxidation egenskaper, kan tjäna en mängd olika applikationer på grund av dess goda förhållande mellan vikt och vikt och hög mängd ledningsförmåga.

•••Syed Hussain Ather

1836 observerade fysikern Michael Faraday att en laddad ledare skulle lagra överflödig laddning inuti själva materialet, inte i det hålrum som ledaren stängde. Han belagde ett rum med metallfolie. Med en elektrostatisk generator utanför märkte han att det inte fanns någon laddning inuti enligt hans elektroskop, en enhet som används för att mäta elektrisk laddning. Han använde det för att bygga en Faraday-bur för denna generator.

Sju år senare demonstrerade Faraday att laddningen finns kvar på ytan av en ledare för metallytor. Med hjälp av en metallhink med is visade han den elektriska laddningen i ett skal av en ledare skapar en laddning på insidan av skalet. Avgiften påverkade inte skalets inre volym. Med hjälp av ett elektroskop för att mäta elektriska laddningar skulle hans experiment bli det första kvantitativa experimentet med elektrisk laddning.