Co to jest klatka Faradaya?

W 1836 roku angielski fizyk i wynalazca Michael Faraday stworzył specjalne urządzenie do ochrony sprzętu przed promieniowaniem elektromagnetycznym. To urządzenie jest aktualne do dziś i, jak poprzednio, nosi imię naukowca. Chodzi o klatkę Faradaya.

To urządzenie jest klatką ochronną wykonaną z wysoce przewodzącego metalu i z reguły uziemioną. Zasada działania tego prostego urządzenia jest również dość prosta:

Kiedy zewnętrzne pole elektryczne działa na komórkę, swobodne elektrony metalu komórki poruszają się, a przeciwne strony struktury są ładowane, tak że ich pole kompensuje zewnętrzne pole elektryczne.

Można to sprawdzić w prostym eksperymencie z dwoma elektroskopami i klatką Faradaya ładowaną ze źródła wysokiego napięcia: elektroskop przymocowany do wewnętrznej powierzchni mosiężnej klatki Faradaya i umieszczony w nim nie będzie pokazywał obecności ładunku elektrycznego, a elektroskop podłączony zewnętrznie pokaże.

Stałe pole magnetyczne, w przeciwieństwie do pola elektrycznego, przeniknie do komórki bez przeszkód. Ponieważ jednak zmienne pole elektryczne wytwarzające zmienne pole magnetyczne jest osłonięte przez komórkę, zmienne pole magnetyczne nie przenika do komórki, ponieważ po prostu nie ma czasu na powstanie. Z tego powodu klatka Faradaya chroni swoją przestrzeń wewnętrzną i znajdujące się w niej przedmioty, nie tylko przed polem elektrycznym, ale także przed działaniem zewnętrznych fal elektromagnetycznych.

Jeśli zwrócimy uwagę na wysokie częstotliwości, wówczas fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości (w porównaniu z rozmiarem komórki siatki ogniwa) częściowo odbijają się od komórki i po prostu giną w grubości metalu, indukując w nim prądy wirowe, a ostatecznie rozpraszają się w forma ciepła.

Niemniej jednak skuteczność funkcji ekranowania klatki Faradaya jest związana z następującymi parametrami: z głębokością warstwy powierzchniowej (warstwy skóry), z grubością metalu komórki oraz z rozmiarem otworu w odniesieniu do długości fali promieniowania zewnętrznego, przed którym wymagana jest osłona. Tak więc do ekranowania kabli stosuje się klatki Faradaya z przewodnikami o strukturze wykonanej z materiałów dobrze przewodzących. Rozmiar komórki, dla skutecznego działania klatki Faradaya, musi koniecznie być znacznie mniejszy niż długość fali ekranowanego promieniowania.

Rodzaj klatki Faradaya, w której każdy może się spotkać mikrofalówka. Na drzwiach mikrofalówki znajduje się metalowa siatka, której komórki są dość małe w porównaniu z długością fali wytwarzaną przez magnetron. Kuchenka mikrofalowa działa na częstotliwości 2450 MHz, a długość fali tutaj jest nieco większa niż 12 cm, oczywiście siatka na drzwiach kuchenki mikrofalowej z łatwością osłania to promieniowanie, zapobiegając jego wyjściu na zewnątrz.

Rolę reszty komórki w kuchence mikrofalowej odgrywa metalowa komora, w której znajduje się podgrzewane jedzenie. Nawiasem mówiąc, jeśli umieścisz telefon komórkowy w kuchence mikrofalowej (wyłączony!), Będzie poza zasięgiem sieci, ponieważ standardowe fale komórkowe GSM są nawet dłuższe niż fale generowane przez magnetron mikrofalowy.

Istnieją metalowe kombinezony, które działają na zasadzie pojedynczej klatki Faradaya, wykonanej ze stali nierdzewnej i włókien miedzianych. Takie kostiumy są używane przez instalatorów linii elektroenergetycznych wysokiego napięcia, ponieważ nawet odłączona linia o długości wielu kilometrów gromadzi na sobie niebezpieczną ilość ładunku statycznego. Kombinezon chroni osobę przed porażeniem prądem elektrycznym.

Takie zestawy ochronne na bazie srebrnej tkaniny chronią elektryków przed szkodliwym działaniem pola elektromagnetycznego instalacji wysokonapięciowych, w których element elektryczny jest bardzo wysoki. Takie zestawy, według ich producentów, mają na celu ochronę:

• z narażenia na pole elektryczne o częstotliwości przemysłowej;

• od skutków prądu polaryzacji spowodowanego przez przemienne pole elektromagnetyczne;

• z narażenia na intensywne promieniowanie elektromagnetyczne wynikające z wyładowania między stykami odłączników;

• przed wyładowaniami prądu elektrycznego podczas dotykania uziemionych lub izolowanych przedmiotów, części sprzętu, a także trawy i małych krzewów;

• przed obrażeniami elektrycznymi pod wpływem napięcia indukowanego lub skokowego.

Zestawy tworzą zamkniętą osłoniętą przestrzeń wokół ciała osoby ubranej w garnitur, z wyłączeniem przenikania pola elektrycznego do środka. Wszystkie elementy zestawu wykonane są z materiałów przewodzących prąd elektryczny i są połączone kanałami o podwyższonej przewodności i elektrycznie przewodzącymi przewodami stykowymi. Dzięki takim kombinezonom ciało ludzkie jest przetaczane i zapewnione jest bezpieczne odprowadzanie prądów o charakterze elektrostatycznym lub pojemnościowym.

Kochankowie Cewki Tesli używaj również kostiumów przypominających poszczególne klatki Faradaya. Prąd po prostu spływa po powierzchni skafandra na części przewodzące o mniejszym oporze, nie powodując uszkodzenia osoby uczestniczącej w serialu.

Jak widać, klatka Faradaya jest dziś używana tam, gdzie dużo. Wysokonapięciowe instalacje elektryczne są zamknięte w klatkach Faradaya, klatki Faradaya są wykorzystywane w pokazie, wreszcie wszelka produkcja związana z niebezpieczną mikrofalą i innym promieniowaniem elektromagnetycznym nie jest kompletna bez całych warsztatów i pomieszczeń zamkniętych w klatkach Faradaya.

Mamy nadzieję, że ten artykuł był dla Ciebie przydatny, a teraz rozumiesz, jak ważne może być proste urządzenie, które przypomina zwykłe pudełko z siatki. W końcu klatka Faradaya w różnych zastosowaniach nie tylko chroni różnorodny sprzęt wrażliwy na pola elektryczne i promieniowanie, ale także chroni zdrowie ludzi, zapobiegając rakowi i wielu innym chorobom, które mogą być spowodowane nadmierną ekspozycją na promieniowanie elektromagnetyczne na żywy organizm.