Як побудувати клітку Фарадея

Електрика може бути небезпечною, але вжиття відповідних заходів безпеки може дозволити вам вивчити, як протікають заряди, як виникають електричні поля та як функціонують інші явища в електриці.

З часу виникнення електрики у фізиці вчені використовували обладнання, щоб захистити себе від шкоди під час проведення експериментів. Ці знання створили б клітини Фарадея як методи запобігання людям постраждати від електрики.

•••Саєд Хуссейн Атер

​Клітки ФарадеяабоЩити Фарадеяблокувати електромагнітні поля за допомогою провідних матеріалів на їх поверхні для перенаправлення електромагнітних хвиль. Зовнішнє електричне поле призводить до того, що електричні заряди в матеріалі клітини змінюються у своєму відношенні розподіляється по відношенню до електростатичної індукції, щоб запобігти потраплянню поля всередину клітка.

Хоча вони не можуть блокувати повільні мінливі магнітні поля, як земне, клітини Фарадея звикли створити приміщення, оточені металевими сітками або перфорованими листами, щоб запобігти проникненню електромагнітних струмів входячи.

• Клітки Фарадея перешкоджають проникненню або виходу електромагнітних полів і можуть бути побудовані з алюмінію або металевих речовин. Вони можуть бути виготовлені з простих матеріалів, включаючи металевий дріт та картон або дерево.

Коли зовнішнє електричне поле контактує з кліткою, клітка генерує те саме електричне поле, як якщо б заряд був розміщений всередині. Поверхня нейтралізується надлишком заряду, що стікає до землі, якщо клітка заземлена. Це запобігає утворенню напруги з іншого боку клітки, тому поле не пропускає матеріал. Заряди перерозподіляються по інший бік матеріалу, оскільки на поверхні наводяться електростатичні заряди.

Цей метод побудови клітини Фарадея вимагає металевих листів міді або алюмінію, стрічки, ножиць, контейнера з картону або подібного матеріалу та повітряної кулі, щоб перевірити, чи працює клітка. Матеріал, який найкраще працює, це алюмінієвий, мідний або курячий дріт для курячої дроту клітини Фарадея. Клітки Фарадея вимагають сильного контакту між металевими компонентами, тому сітчаста конструкція може добре працювати.

Сформуйте контейнер у щит Фарадея або клітку, перетворивши його, наприклад, у коробку, яка може захистити вас від оточення. Оберніть фольгу або металеві листи навколо контейнера. Переконайтесь, що клітка має сильний контакт між металевими листами.

Виріжте екран, щоб ви могли бачити зовні всередині клітини. Переконайтеся, що отвори менше довжини хвилі електромагнітного випромінювання, яке ви хочете заблокувати.

Деякі загальні вказівки:

1. Відміряйте квадратну металеву сітку розміром 10 х 10 дюймів і виріжте її.
2. Подібним чином виріжте п’ять 8-дюймових довжин дерева або картону.
3. Скобу, скотч або іншим способом закріпіть металеву сітку на дереві або картоні.
4. З’єднайте смужки навколо сітки приблизно на 5-6 дюймів один від одного так, щоб вони покривали або оточували всю сітку.
5. Сформуйте матеріал у коробку або контейнер, щоб створити клітку Фарадея.

Спробуйте використовувати мобільний телефон всередині клітини. Чи приймає він або передає сигнали wifi? Ви все одно повинні отримувати слабшу кількість Wi-Fi, оскільки клітини Фарадея можуть послабити частоту стільникових телефонів, але не повністю зупинити її.

Радіохвилі, які використовують стільникові телефони, мають досить малі частоти, щоб просочуватися через невеликі отвори в клітці, тому вам потрібно буде припаяти або приварити невеликі зазори в клітці Фарадея, щоб діяти проти них.

Хіміки використовують клітини Фарадея, щоб зменшити шум від зовнішніх джерел, роблячи точні вимірювання. Дослідники цифрових криміналістів використовують сумки Фарадея, клітини Фарадея, виготовлені з гнучкої металевої тканини, для запобігання віддаленого витирання та зміни кримінальних доказів.

Клітки Фарадея забезпечують захист комп’ютерів, щоб перешкодити таким діям, як шпигунство. Автомобілі та літаки по суті діють як клітини Фарадея, утримуючи пасажирів від контакту з шкідливими електричними зарядами.

Клітки Фарадея також використовуються для запобігання перешкодам радіопередавачів іншому обладнанню та захисту людей та предметів від струмів блискавки та розрядів. Побутова техніка також ними користується. Мікрохвильові печі мають екрани, щоб уникнути потрапляння хвиль у їх внутрішню частину, тоді як телевізійні кабелі зменшують зовнішні електромагнітні перешкоди для створення зображень.

Різна провідність металів може впливати на те, як клітини Фарадея перешкоджають проникненню електричних полів. Мідь - найефективніша, що застосовується в лікарнях МРТ та комп’ютерних приладах, яка може бути утворена у сплави бронзи з латуні та фосфору для ще більш конкретних цілей.

Алюміній - також хороший матеріал, оскільки він міцний своєю вагою і має високу провідність, але з часом може іржавіти і погано спаяний. Інші особливості проектування клітин Фарадея включають ціну, корозію, товщину, податливість, частоти, які блокуються, і те, як самі матеріали можуть формуватися в клітку.

•••Саєд Хуссейн Атер

Клітини Фарадея захищають свою внутрішню частину від електричних полів, силового поля, що оточує заряджені частинки, такі як протони або електрони. Закон Кулона може бути використаний для опису електричної силиЕяк

в якійр- радіус між зарядженими частинками,ε​₀ - постійне число вакуумної діелектричної проникності 8,854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ іe₁ e​​₂- це заряди частинок.

Перебуваючи всередині клітини, будь-яку електрику, яка контактує із зовнішньою поверхнею, можна виміряти за цією формулою. Чисте поле всередині клітини залишається нульовим, захищаючи все, що знаходиться всередині клітини.

Заряди в провіднику, такі як провідний матеріал клітини Фарадея, в рівновазі повинні бути якомога далі один від одного, щоб заряд залишався на поверхні. Це утримує електричне поле всередині нуля. Якщо ви винесли позитивно заряджений предмет назовні клітини, електрони на внутрішній поверхні накопичувались би навколо нього, щоб вивести його з ладу.

Якщо ви уявляли себе в будинку клітини Фарадея, ви можете використовувати різні матеріали, щоб захиститися від електромагнітних перешкод.

Мідь є найнадійнішим елементом для застосування магнітно-резонансної томографії (МРТ) в медицині для захисту людей від шкоди електромагнітного випромінювання. Також легко поєднувати з іншими елементами для створення сплавів, таких як латунь, фосфорна бронза та мідь берилію, які мають вищі значення провідності.

Попередньо луджена сталь - це економічно вигідний матеріал, який блокує проникнення нижчих частот. Вуглецева сталь - ще один ідеальний вибір, який може заблокувати частоти, яких не втрачають інші сплави та елементи. Ці матеріали часто постачаються з олов’яним покриттям, щоб запобігти їх корозії.

Мідний сплав відомий тим, що здатний протистояти корозії. Алюміній - ще один ідеальний вибір, який, хоча вам потрібно вивчити його гальванічну корозію та окислення властивості, може служити для різних застосувань завдяки своєму хорошому співвідношенню міцності до ваги та великій кількості провідність.

•••Саєд Хуссейн Атер

У 1836 році фізик Майкл Фарадей зауважив, що заряджений провідник буде зберігати надлишок заряду всередині самого матеріалу, а не в порожнині, яку закрив провідник. Він покрив кімнату металевою фольгою. Маючи електростатичний генератор зовні, він помітив, що всередині заряду немає заряду, згідно з його електроскопом, пристроєм, що використовується для вимірювання електричного заряду. Він використав це для побудови клітини Фарадея для цього генератора.

Через сім років Фарадей продемонстрував залишки заряду на поверхні провідника для металевих поверхонь. За допомогою металевого відра з льодом він показав, що електричний заряд у оболонці провідника створює заряд на внутрішній поверхні оболонки. Заряд не впливав на внутрішній об'єм корпусу. За допомогою електроскопа для вимірювання електричних зарядів його експеримент став першим кількісним експериментом з електричним зарядом.