Jak zbudować klatkę Faradaya

Zawartość

• Klatka Faradaya
• Napiwki
• Faraday Cage DIY
• Faraday Cage Wifi
• Aplikacje Faraday Cage
• Faraday Cage Physics
• Faraday Cage House
• Faraday Cage for History Generator

Energia elektryczna może być niebezpieczna, ale zastosowanie odpowiednich środków ostrożności może pozwolić ci zbadać, w jaki sposób przepływają ładunki, jak powstają pola elektryczne i jak funkcjonują inne zjawiska w elektryczności.

Od zarania elektryczności w fizyce naukowcy używali sprzętu do ochrony przed szkodami podczas przeprowadzania eksperymentów. Ta wiedza stworzyłaby klatki Faradaya jako metody zapobiegania obrażeniom elektrycznym.

Klatka Faradaya

Napiwki

Kiedy zewnętrzne pole elektryczne styka się z klatką, klatka generuje to samo pole elektryczne, jakby ładunek został umieszczony w środku. Powierzchnia jest neutralizowana przez nadmiar ładunku przepływającego do ziemi, jeśli klatka jest uziemiona. Zapobiega to tworzeniu się napięcia po drugiej stronie klatki, więc pole nie przechodzi przez materiał. Ładunki redystrybuowały się po drugiej stronie materiału, gdy na powierzchni indukowane są ładunki elektrostatyczne.

Faraday Cage DIY

Ta metoda budowy klatki Faradaya wymaga metalowych arkuszy miedzi lub aluminium, taśmy, nożyczek, pojemnika z tektury lub podobnego materiału oraz balonu, aby sprawdzić, czy klatka działa. Najlepszym materiałem jest aluminium, miedź lub drut z kurczaka na klatkę Faradaya z drutu z kurczaka. Klatki Faradaya wymagają dużego kontaktu między metalowymi elementami, aby konstrukcja siatki mogła dobrze działać.

Uformuj pojemnik w tarczę lub klatkę Faradaya, przekształcając go w, na przykład, pudełko, które może chronić cię przed otoczeniem. Owiń folię lub metalowe arkusze wokół pojemnika. Upewnij się, że klatka ma duży kontakt między blachami.

Wytnij ekran, abyś mógł zobaczyć zewnętrzną stronę klatki. Upewnij się, że otwory są mniejsze niż długość fali promieniowania elektromagnetycznego, które chcesz zablokować przed wejściem.

Niektóre ogólne instrukcje to:

Faraday Cage Wifi

Spróbuj użyć telefonu komórkowego w klatce. Czy odbiera lub przesyła sygnały Wi-Fi? Nadal powinieneś otrzymywać słabszą ilość Wi-Fi, ponieważ klatki Faradaya mogą osłabiać częstotliwość telefonów komórkowych, ale nie całkowicie je zatrzymać.

Fale radiowe, których używają telefony komórkowe, mają wystarczająco małe częstotliwości, aby przeciekać przez małe otwory w klatce, więc trzeba by lutować lub spawać małe szczeliny w klatce Faradaya, aby działać przeciwko nim.

Aplikacje Faraday Cage

Chemicy używają klatek Faradaya do zmniejszania hałasu ze źródeł zewnętrznych podczas wykonywania precyzyjnych pomiarów. Cyfrowi badacze kryminalistyczni używają toreb Faraday, klatek Faraday wykonanych z elastycznej metalicznej tkaniny, aby zapobiec zdalnemu czyszczeniu i modyfikowaniu dowodów kryminalnych.

Klatki Faradaya zapewniają komputerom ochronę przed działaniami, takimi jak szpiegowanie. Samochody i samoloty działają zasadniczo jak klatki Faradaya, uniemożliwiając pasażerom kontakt ze szkodliwymi ładunkami elektrycznymi.

Klatki Faradaya są również stosowane w celu zapobiegania zakłócaniu nadajników radiowych przez inne urządzenia oraz ochrony osób i przedmiotów przed prądami uderzeń pioruna i wyładowaniami. Wykorzystują je również urządzenia gospodarstwa domowego. Mikrofale mają osłony zapobiegające przedostawaniu się fal do ich wnętrza, a kable telewizyjne zmniejszają zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne w celu tworzenia obrazów.

Różne przewodnictwo metali może wpływać na to, w jaki sposób klatki Faradaya zapobiegają przedostawaniu się pól elektrycznych. Miedź jest najskuteczniejsza, stosowana w szpitalnych urządzeniach MRI i urządzeniach komputerowych, które można formować w stopy mosiądzu i fosforu i brązu w jeszcze bardziej szczegółowych celach.

Aluminium jest również dobrym materiałem, ponieważ jest wytrzymały ze względu na swoją wagę i ma wysoką przewodność, ale z czasem może rdzewieć i nie jest dobrze lutowany. Inne funkcje projektowania klatek Faradaya obejmują cenę, korozję, grubość, ciągliwość, częstotliwości, które są blokowane oraz sposób, w jaki same materiały mogą być uformowane w klatkę.

Faraday Cage Physics

••• Syed Hussain Ather

Klatki Faradaya chronią wnętrze przed polami elektrycznymi, polem siły otaczającym naładowane cząstki, takie jak protony lub elektrony. Prawo Coulomba może być użyte do opisania siły elektrycznej mi tak jak E = e₁ mi₂/ 4πε₀r² w którym _r jest promieniem między naładowanymi cząsteczkami, ε₀ jest stałą liczbą przenikalności próżniowej 8,854 × 10⁻¹² F .m⁻¹ i _e₁ mi₂ są ładunkami cząstek.

Wewnątrz klatki każdą energię elektryczną, która wejdzie w kontakt z zewnętrzną powierzchnią, można zmierzyć za pomocą tego wzoru. Pole netto wewnątrz klatki pozostaje zerowe, chroniąc wszystko, co jest w klatce.

Ładunki w przewodniku, takim jak materiał przewodzący klatki Faradaya, w równowadze powinny znajdować się jak najdalej od siebie, aby ładunek pozostał na powierzchni. To utrzymuje pole elektryczne wewnątrz zera. Jeśli przyniesiesz dodatnio naładowany przedmiot na zewnątrz klatki, elektrony na wewnętrznej powierzchni gromadzą się wokół niego, aby go anulować.

Faraday Cage House

Jeśli wyobrażałeś sobie siebie w domu klatkowym Faraday, możesz użyć różnych materiałów, aby uchronić się przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.

Miedź jest najbardziej niezawodnym pierwiastkiem do zastosowań w rezonansie magnetycznym (MRI) w medycynie, aby chronić ludzi przed szkodliwym działaniem promieniowania elektromagnetycznego. Łatwo jest również łączyć go z innymi pierwiastkami, tworząc stopy takie jak mosiądz, brąz fosforowy i miedź berylowa, które mają wyższe wartości przewodności.

Stal ocynkowana to ekonomiczny materiał, który blokuje wchodzenie niższych częstotliwości. Stal węglowa to kolejny idealny wybór, który może blokować częstotliwości, których brakuje innym stopom i pierwiastkom. Materiały te często są pokryte cynowaniem, aby zapobiec ich korozji.

Stop miedzi jest znany z tego, że jest odporny na korozję. Aluminium to kolejny idealny wybór, który - choć trzeba zbadać jego właściwości korozyjne i utleniające - może służyć do różnych zastosowań ze względu na dobry stosunek wytrzymałości do masy i wysoką przewodność.

Faraday Cage for History Generator

••• Syed Hussain Ather

W 1836 r. Fizyk Michael Faraday zaobserwował, że naładowany przewodnik gromadziłby nadmiar ładunku w samym materiale, a nie we wnęce, którą otaczał przewodnik. Pokrył pokój metalową folią. Z generatorem elektrostatycznym na zewnątrz zauważył, że zgodnie z jego elektroskopem nie było w nim ładunku, urządzenia służącego do pomiaru ładunku elektrycznego. Użył go do budowy klatki Faradaya dla tego generatora.

Siedem lat później Faraday wykazał, że ładunek pozostaje na powierzchni przewodnika dla powierzchni metalowych. Za pomocą metalowego wiadra z lodem pokazał ładunek elektryczny w skorupce przewodnika, który tworzy ładunek na wewnętrznej powierzchni skorupy. Ładunek nie wpłynął na wewnętrzną objętość pocisku. Wykorzystując elektroskop do pomiaru ładunków elektrycznych, jego eksperyment stałby się pierwszym eksperymentem ilościowym na ładunku elektrycznym.