Cum să construiți o cușcă Faraday

Conţinut

• Cușca Faraday
• sfaturi
• Faraday Cage DIY
• Faraday Cage Wifi
• Aplicații pentru cușcă Faraday
• Faraday Cage Physics
• Faraday Cage House
• Faraday Cage pentru istoria generatoarelor

Energia electrică poate fi periculoasă, însă luarea măsurilor de siguranță corespunzătoare vă poate permite să studiați cum curg sarcinile, cum apar câmpurile electrice și cum funcționează alte fenomene în electricitate.

Încă din zorii electricității în fizică, oamenii de știință au folosit echipamente pentru a se proteja de rău atunci când efectuează experimente. Aceste cunoștințe ar crea cuști Faraday ca metode de a împiedica oamenii să fie răniți de electricitate.

Cușca Faraday

sfaturi

Când un câmp electric extern intră în contact cu cușca, cușca generează același câmp electric ca și cum încărcarea ar fi fost plasată în interior. Suprafața este neutralizată cu încărcarea excesivă care curge spre sol dacă cușca este legată la pământ. Acest lucru împiedică formarea tensiunii pe cealaltă parte a cuștii, astfel încât câmpul nu trece materialul. Încărcările s-au redistribuit pe cealaltă parte a materialului, deoarece sarcinile electrostatice sunt induse la suprafață.

Faraday Cage DIY

Această metodă de construire a unei cuști Faraday necesită foi metalice din cupru sau aluminiu, bandă, foarfece, un container sau material similar și un balon pentru a testa dacă cușca funcționează. Materialul care funcționează cel mai bine este aluminiu, cupru sau sârmă de pui pentru o cușcă de pui Faraday. Cuștile Faraday necesită mult contact între componentele metalice, astfel încât un design de plasă să funcționeze bine.

Formați containerul într-un scut sau o cușcă Faraday transformând-o, de exemplu, într-o cutie care vă poate proteja de mediul înconjurător. Înfășurați folia sau foile metalice în jurul recipientului. Asigurați-vă că cușca are mult contact între foile de metal.

Tăiați un ecran pentru a putea vedea exteriorul din cușcă. Asigurați-vă că orificiile sunt mai mici decât lungimea de undă a radiației electromagnetice pe care doriți să o blocați de la intrare.

Câteva instrucțiuni generale sunt:

Faraday Cage Wifi

Încercați să folosiți telefonul mobil în cușcă. Primește sau transmite semnalele wifi? Ar trebui totuși să obțineți o cantitate mai mică de wifi, deoarece cuștile Faraday pot atenua frecvența telefoanelor mobile, dar nu o opriți complet.

Undele radio pe care le folosesc telefoanele mobile au frecvențe destul de mici pentru a se scurge prin găuri mici în cușcă, astfel încât ar trebui să lipiți sau să sudați mici goluri în cușca Faraday pentru a acționa împotriva lor.

Aplicații pentru cușcă Faraday

Chimiștii folosesc cuști Faraday pentru a reduce zgomotul din surse externe în timp ce fac măsurători precise. Cercetătorii medico-digitali folosesc pungi Faraday, cuști Faraday confecționate din țesătură metalică flexibilă, pentru a preveni ștergerea de la distanță și alterarea probelor penale.

Cuștile Faraday oferă securitate computerelor pentru a împiedica acțiunile precum spionajul. Mașinile și avioanele acționează în mod esențial ca niște cuști Faraday păstrând pasagerii să intre în contact cu sarcini electrice dăunătoare.

Cuștile Faraday sunt, de asemenea, utilizate pentru a împiedica emițătorii de radio să intervină cu alte echipamente și pentru a proteja indivizii și obiectele împotriva curenților de izolare și descărcări de fulgere. Aparatele de uz casnic le folosesc și ele. Microundele au scuturi pentru a împiedica valurile să iasă din interiorul lor, în timp ce cablurile TV reduc interferențele electromagnetice externe pentru a crea imagini.

Conductivitatea diferită a metalelor poate afecta modul în care cuștile Faraday împiedică intrarea câmpurilor electrice. Cuprul este cel mai eficient, utilizat în instalațiile RMN din spital și în aparatele de calculator, care poate fi format în alamă și aliaje de bronz fosfor pentru scopuri și mai specifice.

De asemenea, aluminiul este un material bun, deoarece este puternic pentru greutatea sa și are o conductivitate ridicată, dar se poate rugini în timp și nu se soldează bine. Alte caracteristici în proiectarea cuștilor Faraday includ prețul, coroziunea, grosimea, maleabilitatea, frecvențele care sunt blocate și modul în care materialele în sine pot fi formate într-o cușcă.

Faraday Cage Physics

••• Syed Hussain Ather

Cuștile Faraday își protejează părțile interioare de câmpurile electrice, un câmp de forță care înconjoară particule încărcate, precum protoni sau electroni. Legea Coulombs poate fi folosită pentru a descrie forța electrică E la fel de E = e₁ e₂/ 4πε₀r² în care _r este raza dintre particulele încărcate, ε₀ este un număr constant de permisivitate în vid de 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ și _e₁ e₂ sunt sarcinile particulelor.

Când se află în cușcă, orice energie electrică care vine în contact cu suprafața exterioară poate fi măsurată folosind această formulă. Câmpul net din interiorul cuștii rămâne zero, protejând orice este în interiorul cuștii.

Sarcinile unui conductor, cum ar fi materialul conductor al unei cuști Faraday, la echilibru ar trebui să fie cât mai îndepărtate posibil, astfel încât sarcina să rămână la suprafață. Acest lucru menține câmpul electric în interiorul zero. Dacă aduceți un obiect încărcat pozitiv la exteriorul cuștii, electronii de pe suprafața interioară s-ar acumula în jurul ei pentru a-l anula.

Faraday Cage House

Dacă v-ați imagina într-o casă Faraday, puteți utiliza diferite materiale pentru a vă proteja de interferențele electromagnetice.

Cuprul este elementul cel mai de încredere pentru aplicații de rezonanță magnetică (RMN) în medicină pentru a proteja oamenii de vătămările radiațiilor electromagnetice. De asemenea, este ușor de combinat cu alte elemente pentru a crea aliaje precum arama, bronzul fosfor și cuprul beriliu care au valori mai mari de conductivitate.

Oțelul placat în prealabil este un material rentabil care blochează intrarea frecvențelor inferioare. Oțelul carbon este o altă alegere ideală care poate bloca frecvențele altor aliaje și elemente. Aceste materiale vin adesea cu placaj de staniu pentru a preveni corodarea acestora.

Aliajul de cupru este cunoscut pentru a putea rezista la coroziune. Aluminiul este o altă alegere ideală care, deși trebuie să examinați proprietățile sale galvanice de coroziune și oxidare, poate servi o varietate de aplicații datorită raportului său bun-rezistență-greutate și a unei cantități ridicate de conductivitate.

Faraday Cage pentru istoria generatoarelor

••• Syed Hussain Ather

În 1836, fizicianul Michael Faraday a observat că un conductor încărcat ar depozita excesul de sarcină în interiorul materialului în sine, nu în cavitatea pe care conductorul o închise. A acoperit o cameră cu folie metalică. Cu un generator electrostatic afară, a observat că nu există nicio încărcare în conformitate cu electroscopul său, un dispozitiv folosit pentru măsurarea sarcinii electrice. El a folosit asta pentru a construi o cușcă Faraday pentru acest generator.

Șapte ani mai târziu, Faraday a demonstrat că rămâne încărcarea pe suprafața unui conductor pentru suprafețe metalice. Folosind o găleată metalică cu gheață, el a arătat încărcarea electrică într-o carcasă a unui conductor creează o încărcare pe suprafața interioară a cochiliei. Încărcarea nu a afectat volumul interior al carcasei. Folosind un electroscop pentru măsurarea sarcinilor electrice, experimentul său va deveni primul experiment cantitativ cu sarcină electrică.