Τι είναι ένα κλουβί Faraday;

Το 1836 ο αγγλικός φυσικός και εφευρέτης Michael Faraday δημιούργησε μια ειδική συσκευή για τη θωράκιση του εξοπλισμού από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αυτή η συσκευή είναι σχετική αυτή τη μέρα και, όπως και πριν, φέρει το όνομα ενός επιστήμονα. Πρόκειται για το κλουβί Faraday.

Αυτή η συσκευή είναι ένα προστατευτικό κλουβί από πολύ αγώγιμο μέταλλο και, κατά κανόνα, γειωμένο. Η αρχή της λειτουργίας αυτής της απλής συσκευής είναι επίσης πολύ απλή:

Όταν ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο δρα επί του κυττάρου, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του μεταλλικού μετάλλου της κυψελίδας αρχίζουν να κινούνται και οι αντίθετες πλευρές της δομής φορτίζονται έτσι ώστε το πεδίο τους να αντισταθμίζει το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο.

Αυτό μπορεί να ελεγχθεί σε ένα απλό πείραμα με δύο ηλεκτροσκόπια και έναν κλωβό Faraday φορτισμένο από μια πηγή υψηλής τάσης: ένα ηλεκτροσκόπιο προσαρτημένο στην εσωτερική επιφάνεια ενός κλωβού ορείχαλκου Faraday και τοποθετημένο μέσα του δεν θα δείξει την παρουσία ενός ηλεκτρικού φορτίου και θα δείξει ηλεκτροσκόπιο συνδεδεμένο εξωτερικά.

Ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο, σε αντίθεση με ένα ηλεκτρικό πεδίο, θα διεισδύσει στην κυψέλη χωρίς εμπόδια. Ωστόσο, επειδή το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο που παράγει το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο είναι θωρακισμένο από το κελί, το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο δεν διεισδύει μέσα στην κυψέλη, καθώς απλά δεν έχει χρόνο να προκύψει. Για το λόγο αυτό, ο κλωβός Faraday προστατεύει τον εσωτερικό του χώρο και τα αντικείμενα μέσα του, όχι μόνο από το ηλεκτρικό πεδίο, αλλά και από τη δράση εξωτερικών ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Εάν δίνουμε προσοχή στις υψηλές συχνότητες, τότε τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής συχνότητας (σε σύγκριση με το μέγεθος του κυττάρου του κυτταρικού πλέγματος) θα αντανακλούν μερικώς από το κελί και απλά θα πεθάνουν απλά στο πάχος του μετάλλου, προκαλώντας φούσκες σε αυτό και τελικά θα διαλυθούν σε η μορφή της θερμότητας.

Παρ 'όλα αυτά, η αποτελεσματικότητα της λειτουργίας διαλογής ενός κλωβού Faraday συνδέεται με τις ακόλουθες παραμέτρους: με το βάθος του επιφανειακού στρώματος (στρώμα επιδερμίδας), με το πάχος του μετάλλου του κυττάρου και με το μέγεθος του ανοίγματος σε σχέση με το μήκος κύματος της εξωτερικής ακτινοβολίας, από το οποίο απαιτείται θωράκιση. Έτσι, για καλώδια θωράκισης, χρησιμοποιούνται κλουβιά Faraday με αγωγούς κατασκευής από αγώγιμα υλικά. Το μέγεθος των κυψελών, για την αποτελεσματική λειτουργία του κλωβού Faraday, πρέπει αναγκαστικά να είναι πολύ μικρότερο από το μήκος κύματος της εξεταζόμενης ακτινοβολίας.

Ένας τύπος κλουβιών Faraday ο καθένας μπορεί να συναντήσει μέσα φούρνο μικροκυμάτων. Στην πόρτα μικροκυμάτων υπάρχει ένα μεταλλικό πλέγμα, τα κύτταρα του οποίου είναι αρκετά μικρά σε σύγκριση με το μήκος κύματος που δημιουργείται από το μάγνητρο. Το φούρνο μικροκυμάτων λειτουργεί με συχνότητα 2450 MHz και το μήκος κύματος είναι λίγο μεγαλύτερο από 12 cm. Προφανώς, το πλέγμα στην πόρτα μικροκυμάτων προστατεύει εύκολα αυτή την ακτινοβολία, εμποδίζοντας το να βγει έξω.

Ο ρόλος του υπόλοιπου κυττάρου στο φούρνο μικροκυμάτων παίζεται από το μεταλλικό θάλαμο στο οποίο βρίσκεται το θερμαινόμενο φαγητό. Παρεμπιπτόντως, αν βάλετε ένα κινητό τηλέφωνο στο φούρνο μικροκυμάτων (εκτός!), Θα βρεθεί εκτός της περιοχής κάλυψης του δικτύου, αφού τα πρότυπα κυψελοειδή κύματα GSM είναι ακόμη μεγαλύτερα από τα κύματα που παράγονται από το μαγνητόνιο μικροκυμάτων.

Υπάρχουν μεταλλικά κοστούμια που λειτουργούν με την αρχή ενός μεμονωμένου κλωβού Faraday, κατασκευασμένου από ανοξείδωτο χάλυβα και ίνες χαλκού. Τέτοιες ενδυμασίες χρησιμοποιούνται από εγκαταστάτες υψηλής τάσης, επειδή ακόμη και μια αποσυνδεδεμένη γραμμή, πολλά χιλιόμετρα μακριά, συσσωρεύει μια επικίνδυνη ποσότητα στατικού φορτίου από μόνη της. Ένα κοστούμι προστατεύει ένα άτομο από ηλεκτροπληξία.

Τέτοια προστατευτικά σύνολα που βασίζονται σε ασημένιο πανί προστατεύουν τους ηλεκτρολόγους από τις επιβλαβείς επιδράσεις του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου των εγκαταστάσεων υψηλής τάσης, όπου το ηλεκτρικό στοιχείο είναι πολύ υψηλό. Αυτά τα κιτ, σύμφωνα με τους κατασκευαστές τους, έχουν σχεδιαστεί για να προστατεύουν:

• από την έκθεση σε ηλεκτρικό πεδίο βιομηχανικής συχνότητας.

• από τις επιδράσεις του ρεύματος προκατάληψης που προκαλείται από ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.

• από την έκθεση σε έντονη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που προκύπτει από εκφόρτιση μεταξύ των επαφών των αποζεύκτη.

• από εκκενώσεις ηλεκτρικού ρεύματος όταν αγγίζετε γειωμένα ή μονωμένα αντικείμενα, μέρη εξοπλισμού, καθώς και γρασίδι και μικρούς θόλους.

• από ηλεκτρικούς τραυματισμούς όταν εκτίθενται σε επαγόμενη τάση ή τάση.

Τα κιτ δημιουργούν έναν κλειστό θωρακισμένο χώρο γύρω από το σώμα ενός ατόμου ντυμένο με κοστούμι, αποκλείοντας οποιαδήποτε διείσδυση του ηλεκτρικού πεδίου μέσα. Όλα τα στοιχεία των κιτ είναι κατασκευασμένα από ηλεκτρικά αγώγιμα υλικά και αλληλοσυνδέονται μέσω καναλιών αυξημένης αγωγιμότητας και ηλεκτρικά αγώγιμων αγωγών επαφής. Χάρη σε τέτοια κοστούμια, το ανθρώπινο σώμα αποφεύγεται και εξασφαλίζεται η ασφαλής αποστράγγιση των ρευμάτων ηλεκτροστατικής ή χωρητικής φύσης.

Εραστές Tesla πηνία χρησιμοποιούν επίσης κοστούμια που μοιάζουν με μεμονωμένα κλουβιά Faraday. Το ρεύμα απλώς ρέει κάτω από την επιφάνεια του κοστουμιού σε αγώγιμα μέρη με λιγότερη αντίσταση, χωρίς να προκαλεί βλάβη στο πρόσωπο που συμμετέχει στο show.

Όπως μπορείτε να δείτε, το κλουβί Faraday χρησιμοποιείται σήμερα όπου. Οι ηλεκτρικές εγκαταστάσεις υψηλής τάσης περικλείονται σε κλουβιά Faraday, χρησιμοποιούνται κλουβιά Faraday για την επίδειξη και τελικά, οποιαδήποτε παραγωγή που σχετίζεται με επικίνδυνη μικροκυματική και άλλη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία δεν είναι πλήρης χωρίς ολόκληρα εργαστήρια και δωμάτια κλεισμένα σε κλουβιά Faraday.

Ελπίζουμε ότι αυτό το άρθρο θα ήταν χρήσιμο για εσάς και τώρα καταλαβαίνετε πόσο σημαντική είναι μια απλή συσκευή που μοιάζει με ένα συνηθισμένο κουτί πλέγματος. Εξάλλου, το Faraday Cage σε διάφορες εφαρμογές όχι μόνο προστατεύει μια ποικιλία εξοπλισμού που είναι ευαίσθητο στα ηλεκτρικά πεδία και την ακτινοβολία αλλά επίσης προστατεύει την υγεία των ανθρώπων προλαμβάνοντας τον καρκίνο και πολλές άλλες ασθένειες που μπορεί να προκληθούν από την υπερβολική έκθεση σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε ζωντανό οργανισμό.