Πώς να χτίσετε ένα κλουβί Faraday

Περιεχόμενο

• Faraday Cage
• Συμβουλές
• Faraday Cage DIY
• Faraday Cage Wifi
• Faraday Cage Applications
• Faraday Cage Φυσική
• Faraday Cage House
• Faraday Cage για την ιστορία γεννήτριας

Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να είναι επικίνδυνη, αλλά η λήψη των κατάλληλων προφυλάξεων ασφαλείας μπορεί να σας επιτρέψει να μελετήσετε τον τρόπο ροής των φορτίων, το πώς συμβαίνουν ηλεκτρικά πεδία και πώς λειτουργούν άλλα φαινόμενα στην ηλεκτρική ενέργεια.

Από την αυγή της ηλεκτρικής ενέργειας στη φυσική, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν εξοπλισμό για να προστατεύσουν τους εαυτούς τους από βλάβες κατά την εκτέλεση πειραμάτων. Αυτή η γνώση θα δημιουργούσε κλουβιά Faraday ως μεθόδους αποτροπής τραυματισμού από τον ηλεκτρισμό.

Faraday Cage

Συμβουλές

Όταν ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο έρχεται σε επαφή με τον κλωβό, ο κλωβός παράγει το ίδιο ηλεκτρικό πεδίο σαν να είχε τοποθετηθεί το φορτίο μέσα. Η επιφάνεια εξουδετερώνεται με υπερβολικό φορτίο που ρέει στο έδαφος, εάν ο κλωβός είναι γειωμένος. Αυτό εμποδίζει τη διαμόρφωση της τάσης στην άλλη πλευρά του κλωβού έτσι ώστε το πεδίο να μην περάσει το υλικό. Τα φορτία αναδιανέμονται στην άλλη πλευρά του υλικού καθώς προκαλούνται ηλεκτροστατικά φορτία στην επιφάνεια.

Faraday Cage DIY

Αυτή η μέθοδος κατασκευής ενός κλωβού Faraday απαιτεί μεταλλικά φύλλα από χαλκό ή αλουμίνιο, ταινία, ψαλίδι, χαρτόνι ή παρόμοιο δοχείο υλικού και ένα μπαλόνι για να ελεγχθεί εάν λειτουργεί το κλουβί. Το υλικό που λειτουργεί καλύτερα είναι σύρμα αλουμινίου, χαλκού ή κοτόπουλου για ένα κλουβί Faraday. Τα κλουβιά Faraday απαιτούν μεγάλη επαφή μεταξύ των μεταλλικών εξαρτημάτων έτσι ώστε το σχέδιο των ματιών να μπορεί να λειτουργήσει καλά.

Σχηματίζετε το δοχείο σε ασπίδα ή κλωβό Faraday, μετατρέποντάς το, για παράδειγμα, σε κουτί που μπορεί να σας προστατεύσει από το περιβάλλον σας. Τυλίξτε το φύλλο αλουμινίου ή τα μεταλλικά φύλλα γύρω από το δοχείο. Βεβαιωθείτε ότι ο κλωβός έχει πολύ επαφή μεταξύ των μεταλλικών φύλλων.

Κόψτε μια οθόνη έτσι ώστε να μπορείτε να δείτε το εξωτερικό από το εσωτερικό του κλουβιού. Βεβαιωθείτε ότι οι οπές είναι μικρότερες από το μήκος κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που θέλετε να αποκλείσετε από την είσοδο.

Ορισμένες γενικές οδηγίες είναι οι εξής:

Faraday Cage Wifi

Δοκιμάστε να χρησιμοποιήσετε το κινητό σας μέσα στο κλουβί. Λαμβάνει ή μεταδίδει τα σήματα wifi; Θα πρέπει να πάρετε ακόμα μια ασθενέστερη ποσότητα wifi, επειδή κλουβιά Faraday μπορεί να μειώσει τη συχνότητα των κινητών τηλεφώνων, αλλά δεν το σταματά τελείως.

Τα ραδιοκύματα που χρησιμοποιούν τα κινητά τηλέφωνα έχουν αρκετές μικρές συχνότητες για να διαρρεύσουν μέσα από μικρές τρύπες στο κλουβί έτσι θα πρέπει να κολλήσετε ή να συγκολλήσετε μικρά κενά στο κλουβί Faraday για να ενεργήσετε εναντίον τους.

Faraday Cage Applications

Οι χημικοί χρησιμοποιούν κλουβιά Faraday για τη μείωση του θορύβου από εξωτερικές πηγές ενώ παράγουν ακριβείς μετρήσεις. Οι ερευνητές της ψηφιακής εγκληματολογίας χρησιμοποιούν σακούλες Faraday, κλουβιά Faraday κατασκευασμένα από εύκαμπτο μεταλλικό ύφασμα, για να αποτρέψουν το μακρινό σκούπισμα και την τροποποίηση των ποινικών αποδείξεων.

Τα κλουβιά Faraday παρέχουν ασφάλεια στους υπολογιστές για να αποτρέψουν πράξεις όπως η κατασκοπία. Τα αυτοκίνητα και τα αεροπλάνα λειτουργούν ουσιαστικά ως κλουβιά Faraday, κρατώντας τους επιβάτες σε επαφή με επιβλαβή ηλεκτρικά φορτία.

Τα κλουβιά Faraday χρησιμοποιούνται επίσης για την παρεμπόδιση των ραδιοφωνικών πομπών από παρεμβολή σε άλλους εξοπλισμούς και την προστασία ατόμων και αντικειμένων από ρεύματα κεραυνών και εκκενώσεων. Οι οικιακές συσκευές τις χρησιμοποιούν επίσης. Τα φούρνοι μικροκυμάτων έχουν ασπίδες για να αποτρέψουν τα κύματα από την έξοδο από το εσωτερικό τους, ενώ τα καλώδια τηλεόρασης μειώνουν τις εξωτερικές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές για τη δημιουργία εικόνων.

Η διαφορετική αγωγιμότητα των μετάλλων μπορεί να επηρεάσει το πώς τα κλουβιά Faraday εμποδίζουν την είσοδο ηλεκτρικών πεδίων. Ο χαλκός είναι ο πιο αποτελεσματικός, που χρησιμοποιείται στις εγκαταστάσεις νοσοκομειακής μαγνητικής τομογραφίας και τις συσκευές ηλεκτρονικών υπολογιστών, που μπορούν να μορφοποιηθούν σε ορείχαλκο και κράματα χαλκού με φώσφορο για ακόμη πιο συγκεκριμένους σκοπούς.

Το αλουμίνιο είναι επίσης ένα καλό υλικό επειδή είναι ισχυρό για το βάρος του και έχει υψηλή αγωγιμότητα, αλλά μπορεί να σκουριάσει με την πάροδο του χρόνου και δεν είναι κολλημένο καλά. Άλλα χαρακτηριστικά στο σχεδιασμό των κλωβών Faraday περιλαμβάνουν την τιμή, τη διάβρωση, το πάχος, την ελατότητα, τις συχνότητες που εμποδίζονται και το πώς τα ίδια τα υλικά μπορούν να διαμορφωθούν σε ένα κλουβί.

Faraday Cage Φυσική

••• Syed Hussain Ather

Τα κλουβιά Faraday προστατεύουν τα εσωτερικά τους από ηλεκτρικά πεδία, ένα πεδίο δύναμης που περιβάλλει φορτισμένα σωματίδια όπως πρωτόνια ή ηλεκτρόνια. Ο νόμος Coulombs μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει την ηλεκτρική δύναμη μι όπως και E = e₁ μι₂/ 4πε₀r² στην οποία _r είναι η ακτίνα μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων, ε₀ είναι ένας σταθερός αριθμός διαπερατότητας κενού 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ και _ε₁ μι₂ είναι τα φορτία των σωματιδίων.

Όταν βρίσκεται μέσα στο κλουβί, κάθε ηλεκτρική ενέργεια που έρχεται σε επαφή με την εξωτερική επιφάνεια μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο. Το καθαρό πεδίο μέσα στο κλουβί παραμένει μηδενικό, προστατεύοντας ό, τι είναι μέσα στο κλουβί.

Τα φορτία σε έναν αγωγό, όπως το αγώγιμο υλικό ενός κλωβού Faraday, σε ισορροπία πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο μακριά, έτσι ώστε το φορτίο να παραμένει στην επιφάνεια. Αυτό κρατά το ηλεκτρικό πεδίο στο μηδέν. Αν φέρατε ένα θετικά φορτισμένο αντικείμενο στο εξωτερικό του κλωβού, τα ηλεκτρόνια στην εσωτερική επιφάνεια θα συσσωρευτούν γύρω του για να το ακυρώσουν.

Faraday Cage House

Αν φανταστείτε τον εαυτό σας σε ένα σπίτι κλουβιών Faraday, θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε διαφορετικά υλικά για να προστατεύσετε τον εαυτό σας από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.

Ο χαλκός είναι το πιο αξιόπιστο στοιχείο για εφαρμογές απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI) στην ιατρική για να προστατεύει τους ανθρώπους από τις βλάβες της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Είναι επίσης εύκολο να συνδυαστεί με άλλα στοιχεία για να δημιουργήσετε κράματα όπως ορείχαλκο, χάλκινο φώσφορο και χαλκό βηρυλλίου που έχουν υψηλότερες τιμές αγωγιμότητας.

Ο μεταλλικός χαλκός είναι ένα οικονομικά αποδοτικό υλικό που εμποδίζει την είσοδο χαμηλότερων συχνοτήτων. Ο ανθρακούχος χάλυβας είναι μια άλλη ιδανική επιλογή που μπορεί να εμποδίσει τις συχνότητες που τα άλλα κράματα και τα στοιχεία χάνουν. Αυτά τα υλικά έρχονται συχνά με επίστρωση κασσίτερου για να αποφευχθεί η διάβρωσή τους.

Το κράμα χαλκού είναι γνωστό ότι μπορεί να αντισταθεί στη διάβρωση. Το αλουμίνιο είναι μια άλλη ιδανική επιλογή που, ενώ πρέπει να εξετάσετε τις ιδιότητες γαλβανικής διάβρωσης και οξείδωσης, μπορεί να εξυπηρετήσει μια ποικιλία εφαρμογών λόγω της καλής σχέσης αντοχής σε βάρος και υψηλής αγωγιμότητας.

Faraday Cage για την ιστορία γεννήτριας

••• Syed Hussain Ather

Το 1836, ο φυσικός Michael Faraday παρατήρησε ότι ένας φορτισμένος αγωγός θα αποθηκεύσει την υπερβολική ποσότητα φορτίου μέσα στο ίδιο το υλικό, όχι στην κοιλότητα που περικλείει ο αγωγός. Επέστρεψε ένα δωμάτιο με μεταλλικό φύλλο. Με μια ηλεκτροστατική γεννήτρια έξω, παρατήρησε ότι δεν υπήρχε φορτίο μέσα στο ηλεκτροσκόπιο του, μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του ηλεκτρικού φορτίου. Το χρησιμοποίησε για να φτιάξει ένα κλουβί Faraday για αυτή τη γεννήτρια.

Επτά χρόνια αργότερα ο Faraday κατέδειξε ότι το φορτίο παραμένει στην επιφάνεια ενός αγωγού για μεταλλικές επιφάνειες. Χρησιμοποιώντας ένα μεταλλικό κουβά με πάγο, έδειξε ότι το ηλεκτρικό φορτίο σε ένα κέλυφος ενός αγωγού δημιουργεί ένα φορτίο στην εσωτερική επιφάνεια του κελύφους. Η φόρτιση δεν επηρέασε τον εσωτερικό όγκο του κελύφους. Χρησιμοποιώντας ηλεκτροσκόπιο για τη μέτρηση των ηλεκτρικών φορτίων, το πείραμά του θα γίνει το πρώτο ποσοτικό πείραμα για το ηλεκτρικό φορτίο.