Μοτίβο πλέγματος τύπου κλουβιού Faraday. Ο ιδιοκτήτης ενός μπαρ στην Αγγλία τοποθέτησε ένα κλουβί Faraday για να εμποδίσει τις επικοινωνίες κινητής τηλεφωνίας στην εγκατάσταση. Στον κόσμο της διασκέδασης

Ο λαμπρός επιστήμονας και εφευρέτης του 19ου αιώνα, Michael Faraday, είναι γνωστός για την ενεργό εργασία του με τον ηλεκτρισμό, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και τα σχετικά φυσικά φαινόμενα. Μία από τις πιο σημαντικές ανακαλύψεις ήταν μια προστατευτική δομή που ονομάζεται κλουβί Faraday. Παρακάτω θα καταλάβουμε τι είναι και ποια πρακτική αξία αντιπροσωπεύει η εφεύρεση.

Τι είναι ένα κλουβί Faraday

Ένα κλουβί Faraday είναι ένα κουτί με τοιχώματα κατασκευασμένα από καλά αγώγιμο μέταλλο. Ο σχεδιασμός δεν απαιτεί εξωτερική σύνδεση ρεύματος, αλλά, κατά κανόνα, είναι γειωμένος. Η φυσική επίδραση του κυττάρου εκδηλώνεται υπό την επίδραση ενός εξωτερικού παράγοντα, που είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Οι πρώτες κατασκευές για να καταδείξουν το φαινόμενο θωράκισης έμοιαζαν με ένα συνηθισμένο κελί, το οποίο έδωσε το όνομα σε αυτό το φαινόμενο. Μάλιστα, τα συρμάτινα ή διάτρητα τοιχώματα του «κουτιού» είναι βολικά για οπτικό έλεγχο αντικειμένων ή συσκευών που βρίσκονται μέσα σε κλειστό χώρο, αλλά μπορούν εύκολα να αντικατασταθούν με συμπαγή. Το κύριο πράγμα είναι ότι το υλικό είναι αγώγιμο.

Λειτουργική αρχή

Η δράση του κλωβού Faraday βασίζεται στο γεγονός ότι το φορτίο, όταν εισέρχεται στον αγωγό, κατανέμεται στην επιφάνειά του, ενώ το εσωτερικό παραμένει ουδέτερο. Στην πραγματικότητα, ολόκληρο το στοιχείο, που αποτελείται από ένα αγώγιμο υλικό, είναι ένας μόνο αγωγός, τα «άκρα» του οποίου αποκτούν το αντίθετο φορτίο. Το ηλεκτρικό ρεύμα που προκύπτει δημιουργεί ένα πεδίο που αντισταθμίζει τις εξωτερικές επιρροές. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο εσωτερικό μέρος μιας τέτοιας δομής είναι μηδέν.

Είναι ενδιαφέρον ότι εάν το πεδίο δημιουργείται μέσα στο κελί, τότε το εφέ λειτουργεί επίσης. Ωστόσο, σε αυτό το σενάριο, το φορτίο θα κατανεμηθεί στην εσωτερική επιφάνεια του πλέγματος ή άλλου αγώγιμου επιπέδου και δεν θα μπορεί να διεισδύσει έξω.

Στην αγγλική ορολογία, το CF ακούγεται σαν "Faraday shield", δηλαδή "Faraday shield / screen". Αυτή η ιδέα μεταφέρει καλά την ουσία της συσκευής, η οποία, όπως μια ασπίδα ή μια προστατευτική οθόνη, αντανακλά τις ακτίνες που επηρεάζουν το περιεχόμενό της.

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι το φαινόμενο θωράκισης λειτουργεί μόνο σε εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Δεν παρεμβαίνει σε ένα σταθερό ή ελαφρώς μεταβλητό μαγνητικό αποτέλεσμα, για παράδειγμα, το φυσικό μαγνητικό δυναμικό της Γης.

Για να προσδιοριστεί εάν ο θάλαμος Faraday θα αντανακλά ακτινοβολία υψηλής συχνότητας, αρκεί να γνωρίζουμε το μέγεθος των κυψελών του πλέγματος (αν το αγώγιμο μέρος είναι κατασκευασμένο με τη μορφή κλωβού) και το μήκος κύματος του ενεργού κύματος. Η κατασκευή είναι αποτελεσματική εάν η δεύτερη τιμή είναι μεγαλύτερη από την πρώτη.

Σφαίρες εφαρμογής του φαινομένου της ΚΙ

Το αποτέλεσμα που ανακάλυψε ο Faraday δεν έχει μόνο επιστημονικό νόημα, αλλά και αρκετά ευρύ πρακτική χρήση. Το απλούστερο παράδειγμα ενός κλουβιού Faraday μπορεί να βρεθεί στην καθημερινή ζωή, υπάρχει σχεδόν σε οποιαδήποτε κουζίνα - αυτός είναι ένας φούρνος μικροκυμάτων. Πέντε τοιχώματα του σώματός του είναι κατασκευασμένα από αρκετά χοντρές χαλύβδινες πλάκες, ενώ ανάμεσα στα δύο στρώματα γυαλιού της πόρτας υπάρχει ένα μεταλλικό στρώμα με διατρήσεις για καλύτερη ορατότητα.

Καμπίνα RF

Μια καμπίνα ραδιοσυχνοτήτων είναι ένα δωμάτιο απομονωμένο από τις επιδράσεις της ηλεκτρικής, μαγνητικής και ραδιοακτινοβολίας, συνήθως μια μικρή περιοχή. Οι τοίχοι, το δάπεδο και η οροφή του είναι εξοπλισμένα με σχάρες υψηλής αγωγιμότητας που σχηματίζουν ένα κλειστό αλλά αόρατο κλουβί.

Αίθουσες μαγνητικής τομογραφίας

Ο εξοπλισμός υψηλής ακρίβειας, όπως ένας ιατρικός τομογράφος για τη διάγνωση μαγνητικού συντονισμού απαιτεί προσεκτική προστασία από εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Η παραμικρή επιρροή τρίτων μπορεί να επηρεάσει το αποτέλεσμα της μελέτης, επομένως το δωμάτιο στο οποίο βρίσκεται η μονάδα μαγνητικής τομογραφίας είναι πλήρως θωρακισμένο.

Εργαστήρια

ΣΤΟ εργαστηριακή έρευναΓια να λάβετε ακριβή αποτελέσματα, είναι σημαντικό όχι μόνο να χρησιμοποιείτε προηγμένο εξοπλισμό, αλλά και να τον προστατεύετε με αξιοπιστία από εξωτερικούς παράγοντες όπως μαγνητικά και ηλεκτρικά πεδία.

Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι αυτό δεν αναφέρεται μόνο στην κατευθυντική ακτινοβολία από συγκεκριμένες πηγές, αλλά και στον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο που υπάρχει συνεχώς στην ατμόσφαιρα, ειδικά σε οικισμούς και κοντά τους.

Για υψηλής ποιότητας θωράκιση εξοπλισμού με το φαινόμενο CF, απαιτούνται εξειδικευμένοι υπολογισμοί σχεδιασμού και επαγγελματική εγκατάσταση.

Προστατευτικές στολές

Για άτομα που εργάζονται σε περιοχές με μεγάλη πιθανότητα ηλεκτροπληξίας, έχουν αναπτυχθεί ειδικές στολές. Το πάνω στρώμα τους είναι κατασκευασμένο από ύφασμα που περιέχει μέταλλο και χωρίζεται από το σώμα με ένα μονωτικό υλικό. Σε περίπτωση υπολειπόμενου στατικού ή ηλεκτρικού ρεύματος, το φορτίο ρέει κάτω από το εξωτερικό κέλυφος του κιτ.

Η προστατευτική ενδυμασία είναι απαραίτητη όταν εργάζεστε με γραμμές υψηλής τάσης. Ακόμη και χωρίς ενέργεια, διατηρούν ένα επικίνδυνο επίπεδο στατικής φόρτισης λόγω πολλών χιλιομέτρων ηλεκτρικών καλωδίων.

Στον κόσμο της διασκέδασης

Το εφέ CF, που εμφανίζεται πολύχρωμα στη σκηνή, είναι πολύ εντυπωσιακό. Σε αυτή την περίπτωση, δεν χρησιμοποιείται συχνά ένα απλό κλουβί, αλλά ένα φαινομενικά αβαρές κέλυφος από χοντρό πλέγμα ή ακόμα και ένα ειδικά σχεδιασμένο κοστούμι που θυμίζει συνηθισμένα ρούχα. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα παρέχεται όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας πηνία Tesla ή παρόμοιες συσκευές που δημιουργούν φορτίο από ηλεκτροστατική γεννήτρια.

Φτιάχνοντας ένα κλουβί Faraday με τα χέρια σας

Στην καθημερινή ζωή, η κατασκευή ενός σπιτικού CF μπορεί να είναι απαραίτητη για να «κρύψει» τα gadget από τη δράση διαφόρων κυμάτων που μπορεί να προκαλέσουν διαταραχές στην ευαίσθητη ηλεκτρονική «γέμιση».

Ένα παράδειγμα τέτοιου σχεδίου είναι ένα κουτί από κόντρα πλακέ φινιρισμένο με συγκεκριμένο τρόπο. Δεδομένου ότι το κόντρα πλακέ λειτουργεί ως μονωτικό στρώμα, πρέπει να είναι απόλυτα καθαρό και στεγνό. Μπορείτε να συναρμολογήσετε το κουτί με τα χέρια σας ή να το ετοιμάσετε - το κύριο πράγμα είναι να συναρμολογηθεί χωρίς τη χρήση καρφιών ή άλλων μεταλλικών συνδετήρων. Η συναρμολόγηση πραγματοποιείται σε διάφορα στάδια:

1. Το φύλλο φαγητού χωρίζεται σε τμήματα, ανάλογα με το μέγεθος των τοίχων από κόντρα πλακέ ή τα κενά τους.
2. Επιφάνειες του μελλοντικού κουτιού με εξω αποκομμένο με αλουμινόχαρτο. Σε αυτή την περίπτωση, η γυαλιστερή πλευρά του πρέπει να είναι στραμμένη προς τα έξω.
3. Οι τοίχοι στερεώνονται από μέσα με κολλητική ταινία και ένα ζευγάρι ποντικιών τοποθετείται στο κάτω μέρος του κουτιού.
4. Ελέγχεται προσεκτικά ότι στην κλειστή θέση του καπακιού, η στρώση αλουμινίου σχηματίζει ένα συνεχές κέλυφος, χωρίς τα παραμικρά κενά και σπασίματα.

Η δεύτερη επιλογή προϋποθέτει ότι η βάση του κλουβιού Faraday με τα χέρια σας είναι μια μεταλλική δεξαμενή (τηγάνια, κουτί, κουτί κ.λπ.), μέσα στην οποία η μόνωση είναι κατασκευασμένη από χαρτόνι, το ίδιο κόντρα πλακέ ή άλλο υλικό. Η κατάσταση της άνετης εφαρμογής του καπακιού για αυτό το σχέδιο δεν είναι λιγότερο σημαντική από αυτήν που περιγράφηκε παραπάνω.

Πρέπει να κάνω γείωση;

Δεν υπάρχει συναίνεση ως προς την ανάγκη γείωσης του ΚΙ. Είναι υποχρεωτική η γείωση μεγάλων κατασκευών και εκείνων που μπορεί να επηρεαστούν από μια ιδιαίτερα ισχυρή ηλεκτρική εκκένωση.

Η γείωση, φυσικά, προστατεύει από καταστάσεις έκτακτης ανάγκης όταν η συσσωρευμένη ισχυρή γόμωση μπορεί να «σπάσει» τον αέρα και να χτυπήσει ένα κοντινό αντικείμενο ή άτομο.

Δοκιμάζοντας ένα σπιτικό κλουβί Faraday

Για να δοκιμάσετε στην πράξη την αρχή του κλωβού Faraday, είναι πιο βολικό να χρησιμοποιήσετε ένα συμπαγές ραδιόφωνο που λειτουργεί με μπαταρία. Θα πρέπει να είναι ενεργοποιημένο στη μέγιστη ένταση και συντονισμένο στο πιο ισχυρό διαθέσιμο κανάλι FM. Εάν το κελί λειτουργεί, το ραδιόφωνο σε αυτό θα τεθεί σε σίγαση.

Εάν ο δέκτης είναι τουλάχιστον λίγος, αλλά ακούγεται, τότε δεν ήταν δυνατό να επιτευχθεί διαλογή εκατό τοις εκατό και θα πρέπει να αναζητήσετε κενά στο αγώγιμο στρώμα.

Κατάλληλο για δοκιμή αυτοσυναρμολογημένης κάμερας και κινητού τηλεφώνου. Μόλις μπει, θα σταματήσει να λαμβάνει σήματα από τους σταθμούς βάσης, δηλαδή όταν το καλέσετε, θα ακούσετε το αντίστοιχο μήνυμα από τον αυτόματο πληροφοριοδότη της εταιρείας κινητής τηλεφωνίας.

Ο Michael Faraday ήταν ένας διάσημος Άγγλος πειραματικός επιστήμονας που έδωσε στον κόσμο τέτοιες έξυπνες εφευρέσεις όπως η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, η οποία βασίζεται στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ενός ηλεκτρικού κινητήρα, ενός μετασχηματιστή και πολλών άλλων συσκευών που χρησιμοποιούμε ακόμα σήμερα.

Σήμερα όμως θα μιλήσουμε για μια συσκευή που εφηύρε στα μέσα του 19ου αιώνα. Αυτό είναι το λεγόμενο κλουβί Faraday.

Η λειτουργία της συσκευής βασίζεται στην ικανότητα των ηλεκτρονίων σε ένα κλειστό ηλεκτρικά αγώγιμο κέλυφος, όταν εισέρχονται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, να αποκτούν φορτίο που αντισταθμίζει τις επιδράσεις των εξωτερικών πεδίων. Έτσι, τα τοιχώματα των κυττάρων προστατεύουν τον εσωτερικό χώρο από εξωτερικές επιρροές. ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Ένα τέτοιο κλουβί Faraday μπορεί ακόμη και να προστατεύσει ένα άτομο από μια ηλεκτρική εκκένωση. Αλλά με την αντίστροφη σειρά, η ακτινοβολία που δημιουργείται μέσα στον κλωβό Faraday δεν θα βγει εάν το κάνετε ένα αγώγιμο στρώμα μέσα. Επομένως, είμαστε, για παράδειγμα, προστατευμένοι από την ακτινοβολία ενός φούρνου μικροκυμάτων όταν βρισκόμαστε κοντά του κατά τη λειτουργία του.

Γιατί αυτή η συσκευή ονομάζεται κυψέλη;

Κάποιοι από αυτούς χτίζουν ακόμη και τα δικά τους σπίτια, τα οποία είναι «κλουβιά Faraday», προκειμένου να προστατευτούν πλήρως από την πιθανή επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Μπορείτε να δείτε ένα παράδειγμα τέτοιου σπιτιού στην παραπάνω εικόνα. Σε μια κατοικία, ο ιδιοκτήτης του θα είναι σε θέση να επιβιώσει από κάθε κατακλυσμό σίγουρα. Αυτό το θέμα είναι ιδιαίτερα δημοφιλές μεταξύ των ανθρώπων που φοβούνται κάθε είδους ακτινοβολία και τις επιπτώσεις τους στην υγεία, καθώς και μεταξύ εκείνων που πιστεύουν σε μια παγκόσμια καταστροφή και ετοιμάζονται να επιβιώσουν μετά από αυτήν.

Κλουβί Faraday - πώς να το φτιάξετε από αυτοσχέδια μέσα;

Η απλούστερη επιλογή για την κατασκευή ενός κλουβιού Faraday με τα χέρια σας μπορεί να είναι οποιοδήποτε αντικείμενο με σφραγισμένη θήκη, ένα ηλεκτρικά αγώγιμο εξωτερικό στρώμα και ένα μη αγώγιμο στρώμα μέσα.

Κυριολεκτικά κάθε οικιακό αντικείμενο που μπορεί να κλείσει μπορεί να γίνει τέτοιο αντικείμενο. Το σχήμα μπορεί να είναι πολύ διαφορετικό: ένα κουτί, ένας κύλινδρος, μια σφαίρα - γενικά, οτιδήποτε. Εσωτερικό μέροςπρέπει να είναι κατασκευασμένο από οποιοδήποτε υλικό που δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό: χαρτόνι, χαρτί, ξύλο, πλαστικό κ.λπ. Επομένως, ο ευκολότερος τρόπος είναι να πάρετε ένα έτοιμο μεταλλικό αντικείμενο και να εισαγάγετε ένα μη αγώγιμο στρώμα μέσα ή, αντίθετα, να πάρετε ένα αντικείμενο από ένα μη αγώγιμο στρώμα και τυλίξτε το τα εξωτερικά του μέρη με ένα αγώγιμο στρώμα (για παράδειγμα, φύλλο). Ακόμα κι αν απλώς τυλίξετε τη συσκευή σας σε αλουμινόχαρτο, θα είναι ήδη το πιο απλό κλουβί Faraday, φτιαγμένο μόνος σας.

Σημείωση! Τα πιο αποτελεσματικά είναι τα αυτοκατασκευασμένα κλουβιά κατασκευασμένα από δομές με σκελετό ξύλου που χρησιμοποιούν πλέγματα χαλκού ή αλουμινίου. Εάν αποφασίσετε να τοποθετήσετε το κλουβί Faraday από ένα ήδη τελειωμένο μεταλλικό αντικείμενο, τότε βεβαιωθείτε ότι το καπάκι και το κουτί έχουν καλή επαφή, η οποία παρέχει αξιόπιστη προστασία από τη διείσδυση ακτινοβολίας στο εσωτερικό. Και επίσης ότι το αντικείμενο είναι κατασκευασμένο από γαλβανισμένο μέταλλο.

Αυτό το κλουβί Faraday (φωτογραφία φαίνεται) είναι κατασκευασμένο από ένα συνηθισμένο ξύλινο κουτί.

Από έναν συνηθισμένο μεταλλικό κάδο απορριμμάτων, ένα μεταλλικό κουτί ή έναν κουβά χωρίς σμάλτο με καπάκι, μπορείτε επίσης να φτιάξετε ένα κλουβί Faraday απλώνοντας εσωτερική επιφάνειαχαρτόνι.

Εδώ είναι μια παλιά εργαλειοθήκη που μπορεί να είναι μια εξαιρετική βάση για αυτήν τη συσκευή.

Μπορεί ένα κελί να έχει τρύπες;

Αν αυτές οι τρύπες είναι σχετικά μικρές σε σχέση με το μήκος κύματος, τότε ναι, μπορεί να έχει τρύπες. Για παράδειγμα, για ένα κύμα στο 1 GHz, το μήκος κύματος είναι 0,3 m σε ελεύθερο χώρο, οπότε αν η τρύπα στο κελί είναι μικρότερη από αυτή την τιμή, όλα είναι καλά! Επομένως, τόσο συχνά χτίζετε κύτταρα από το πλέγμα.

Τι να κάνετε με την πόρτα;

Εάν πρόκειται να κατασκευάσετε ένα μεγάλο κλουβί με πόρτα ή κενά μεταξύ του καπακιού και της βάσης, τότε μπορεί να υπάρχει μικρή ποσότητα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εισέρχεται στο κλουβί. Ως εκ τούτου, είναι καλύτερο για αυτού του είδους την κατασκευή να χρησιμοποιείτε ταινία ή υλικό στις ραφές που μεταφέρουν ηλεκτρισμό και ταυτόχρονα κλείνουν τη ραφή.

Τι μπορεί να χρησιμοποιηθεί από αυτοσχέδια μέσα;

Επιτρέπεται να χρησιμοποιείτε οτιδήποτε βλέπετε στο σπίτι σας, αρκεί να είναι κατασκευασμένο από αγώγιμα υλικά. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα:

• μεταλλικοί κάδοι απορριμμάτων?
• κουβάδες?
• κουτιά?
• κουτιά?
• περιβλήματα μικροκυμάτων κ.λπ.

Χρειάζεται γείωση η δομή;

Δεν υπάρχει ακόμη συναίνεση για το εάν το κλουβί του Faraday πρέπει να γειωθεί ή όχι.

Αλλά εξαρτάται από πολλούς παράγοντες - το μέγεθος, πού και για ποιο σκοπό θα χρησιμοποιηθεί κ.λπ. Αλλά γενικοί κανόνεςέχουν ως εξής: δεν είναι απαραίτητο να γειωθούν μικρές κατασκευές, αλλά για μεγάλες είναι απαραίτητο να γίνει αυτό.

Σε ένα μεγάλο κλουβί, μπορεί να εμφανιστεί ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, η οποία μπορεί να βλάψει ένα άτομο εάν αγγίξει κατά λάθος μια συσκευή που λειτουργεί. Ενώ στο μικρό μέγεθοςη κυτταρική ακτινοβολία είναι μικρή.

Επομένως, πριν σκεφτείτε το σχέδιο, μελετήστε προσεκτικά τις συστάσεις για τη γείωση.

Πώς να ελέγξετε τη λειτουργία του κλουβιού Faraday;

Μπορείτε να βάλετε ένα λειτουργικό ραδιόφωνο μέσα με κάποιο δυνατό κανάλι FM ενεργοποιημένο. Εάν μετά το κλείσιμο του κλουβιού εξακολουθείτε να ακούτε το ραδιόφωνο, τότε δεν είναι αρκετά κλειστό.

Ή μπορείτε να βάλετε ένα κινητό τηλέφωνο μέσα και να προσπαθήσετε να το καλέσετε. Εάν το τηλέφωνο βρίσκεται εκτός του χώρου λήψης, τότε το κινητό λειτουργεί καλά.

Έτσι, τώρα ξέρετε τι είναι, σε τι χρησιμεύει και πώς να φτιάξετε ένα κλουβί Faraday με τα χέρια σας. Είτε αγοράζετε ένα προκατασκευασμένο κλουβί είτε αποφασίζετε να φτιάξετε το δικό σας, βεβαιωθείτε ότι το μέγεθος ταιριάζει στις ανάγκες σας, ώστε να μπορείτε να χωρέσετε ό,τι θέλετε σε αυτό. Το αν χρειάζεται για τη διεξαγωγή επιστημονικών πειραμάτων ή για την προστασία των ηλεκτρονικών από τις επιπτώσεις της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας δεν είναι τόσο σημαντικό. Μπορείτε πάντα να φτιάξετε εύκολα το δικό σας κλουβί Faraday από εργαλεία χειρός.

Όνομα σώματος τμήμα Εκπαίδευσης	Διοίκηση του Δημοτικού Διαμερίσματος Taimyr Dolgano-Nenets του Υπουργείου Παιδείας
Όνομα του εκπαιδευτικού ιδρύματος	Taimyr Δημοτικό Κρατικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα "Dudinskaya Secondary School No. 7"
Όνομα συνεδρίου	Δημοτικό επιστημονικό και πρακτικό συνέδριο έρευνας και σχεδιαστική εργασία"Χρυσή στυλό"
Είδος εργασίας	Ερευνητικό έργο
Όνομα κατεύθυνσης (τμήμα)	Φυσική και Μαθηματικά
Όνομα του θέματος της εργασίας	"Κλουβί Φαραντέι"
ΠΛΗΡΕΣ ΟΝΟΜΑ συγγραφέας	Mastyugin Dmitry Sergeevich, γεννημένος στις 28 Μαΐου 2000
Διεύθυνση σπιτιού	Dudinka, st. Dudinskaya, 13, διαμ. 328
Τόπος σπουδών	TMK EI "Dudinskaya School No. 7"
Τάξη	9 "Β"
επιστημονικός σύμβουλος	Προκόροφ Ντένις Βικτόροβιτς
Αριθμός επαφής	8-913-502-24-66

σχόλιο

Σε αυτή την εργασία, θεωρώ ένα από τα προβλήματα προστασίας από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία τόσο ενός ατόμου όσο και του εξοπλισμού για διάφορους σκοπούς. Κατά την ανάλυση της τεχνικής βιβλιογραφίας, έστρεψα την προσοχή μου και στο μοντέλο του κλουβιού Faraday. Και αναρωτήθηκα για τη δυνατότητα δημιουργίας ενός τέτοιου κυττάρου σε μια κλίμακα μικρή και μεγάλη.

Διαμόρφωσε μια υπόθεση:

Προσδιορίστηκε ο σκοπός της εργασίας:

Ορίστε εργασίες:

Ως αποτέλεσμα, μελέτησε την αρχή του κλουβιού Faraday. Η λειτουργία της συσκευής βασίζεται στην ικανότητα των ηλεκτρονίων σε ένα κλειστό ηλεκτρικά αγώγιμο κέλυφος να αποκτούν φορτίο όταν εισέρχονται σε ηλεκτρικό πεδίο.

Έφτιαξε ένα μοντέλο ενός κλουβιού Faraday. Αυτό το κουτί είναι μη αγώγιμη και επιφάνεια αλουμινίου. Ανακαλύφθηκε ότι η συσκευή καθυστερεί την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Πίνακας περιεχομένων

Εισαγωγή ………………………………………………………………………..

3

Θεωρητικό μέρος …………………………………………………………

4

Κεφάλαιο I. Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ……………………………………..

4

Η φυσική ουσία της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Είδη……

4

Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από κινητά τηλέφωνα …………………

5

Ανακάλυψη του Michael Faraday ……………………………………………….

6

ΚεφάλαιοII. Πρακτικό μέρος ………………………………………………….

9

Φτιάχνοντας ένα κλουβί Faraday …………………………………………

9

Θεωρητικός υπολογισμός απορροφητικού υλικού για το κοινό

11

Συμπέρασμα ……………………………………………………………….

12

Βιβλιογραφία …………………………………………………………

13

Αιτήσεις …………………………………………………………………..

14

Εισαγωγή

Μερικές φορές παρατήρησα ότι σε ορισμένα δωμάτια η κυτταρική σύνδεση αρχίζει να εξασθενεί ή ακόμα και να εξαφανίζεται εντελώς. Ενδιαφερόμενος από αυτή την ερώτηση, άρχισα να μελετώ τα αίτια αυτού του φαινομένου. Αποδεικνύεται ότι το λεγόμενο κλουβί Faraday προκαλεί ένα τέτοιο αποτέλεσμα.

Υπόθεση: Είναι ρεαλιστικό να προετοιμάζετε το κοινό για τις εξετάσεις με τέτοιο τρόπο ώστε να μην είναι δυνατή η χρήση του Διαδικτύου κατά τη διάρκεια της εξέτασης, εάν καταφέρατε να φέρετε εξοπλισμό επικοινωνίας στο γραφείο.

Σκοπός: εκτελεί τον τεχνικό υπολογισμό των υλικών, που είναι απαραίτητος για τον εξοπλισμό του κοινού.

Εργασιακά καθήκοντα:

1) Να αποκαλύψει την ουσία της έννοιας της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

2) Να μελετήσει την αρχή λειτουργίας του κλουβιού Faraday.

3) Φτιάξτε ένα μοντέλο του κλουβιού Faraday.

4) Εφαρμόστε τις γνώσεις που αποκτήθηκαν στο σχεδιασμό.

Αντικείμενο μελέτης - ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Αντικείμενο μελέτης - την ικανότητα των υλικών να καθυστερούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Τεχνικές και μέθοδοι έρευνας:

Μελέτη τεχνικής βιβλιογραφίας;

Μελέτη πηγών στο Διαδίκτυο.

Φτιάχνοντας ένα κλουβί Faraday.

Υπολογισμός καταναλώσιμος.

Θεωρητικό μέρος

Κεφάλαιο Ι. Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία

1. Η φυσική ουσία της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Είδη

Ένα άτομο στη διαδικασία της ζωής επηρεάζεται από φυσικά μαγνητικά πεδία (μαγνητικό πεδίο της Γης, ραδιοεκπομπή από τον ήλιο, ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός), καθώς και από τεχνητά ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Εάν το φυσικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο παρέμεινε πρακτικά σταθερό για χιλιετίες, τότε το επίπεδο των τεχνητών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων έχει αυξηθεί δραματικά τις τελευταίες δεκαετίες.

Οι πηγές των τεχνητών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων είναι: ηλεκτρομαγνητικά πεδία της περιοχής χαμηλής συχνότητας, τα οποία χρησιμοποιούνται σε εργοστασιακή παραγωγήπεδία υψηλής συχνότητας (ραδιοεπικοινωνία, τηλεόραση, μετάδοση). ηλεκτρομαγνητικά πεδία μικροκυμάτων (ραντάρ, πλοήγηση, ιατρική, κυτταρικές επικοινωνίες).

Τύποι ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συνήθως χωρίζεται σε περιοχές συχνοτήτων. Δεν υπάρχουν απότομες μεταβάσεις μεταξύ των περιοχών, μερικές φορές επικαλύπτονται και τα όρια μεταξύ τους είναι υπό όρους. Δεδομένου ότι η ταχύτητα διάδοσης της ακτινοβολίας είναι σταθερή, η συχνότητα των ταλαντώσεων της σχετίζεται αυστηρά με το μήκος κύματος στο κενό.

Ραδιοκύματα - ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκη κύματος 5 × 10-5 - 1010 μέτρα και συχνότητες, αντίστοιχα, από 6 × 1012 Hz και έως αρκετές. Τα ραδιοκύματα χρησιμοποιούνται στη μετάδοση δεδομένων σε ραδιοδίκτυα. Τα ραδιοκύματα δημιουργούνται όταν ένα εναλλασσόμενο ρεύμα της αντίστοιχης συχνότητας ρέει μέσω των αγωγών. Αντίστροφα, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα που διέρχεται από το διάστημα διεγείρει ένα εναλλασσόμενο ρεύμα που αντιστοιχεί σε αυτό στον αγωγό. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται στη ραδιομηχανική κατά το σχεδιασμό κεραιών. Οι καταιγίδες είναι μια φυσική πηγή κυμάτων σε αυτό το εύρος.

Η οπτική περιοχή του φάσματος αποτελείται από ορατή, υπέρυθρη και υπεριώδη ακτινοβολία. Η επιλογή μιας τέτοιας περιοχής οφείλεται όχι μόνο στην εγγύτητα των αντίστοιχων τμημάτων του φάσματος, αλλά και στην ομοιότητα των οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της και αναπτύχθηκαν ιστορικά κυρίως στη μελέτη του ορατού φωτός (φακοί και κάτοπτρα για εστίαση ακτινοβολίας , πρίσματα, πλέγματα περίθλασης, συσκευές παρεμβολής για τη μελέτη της φασματικής σύνθεσης της ακτινοβολίας κ.λπ.).

Οι συχνότητες των κυμάτων στην οπτική περιοχή του φάσματος είναι ήδη συγκρίσιμες με τις φυσικές συχνότητες των ατόμων και των μορίων και τα μήκη τους είναι συγκρίσιμα με τις μοριακές διαστάσεις και τις διαμοριακές αποστάσεις. Εξαιτίας αυτού, τα φαινόμενα λόγω της ατομικής δομής της ύλης γίνονται σημαντικά σε αυτόν τον τομέα. Για τον ίδιο λόγο, μαζί με τις κυματικές ιδιότητες, εμφανίζονται και οι κβαντικές ιδιότητες του φωτός.

Η πιο διάσημη πηγή οπτικής ακτινοβολίας είναι ο Ήλιος. Η επιφάνειά του (φωτόσφαιρα) θερμαίνεται σε θερμοκρασία 6000 βαθμών και λάμπει με έντονο λευκό φως (το μέγιστο του συνεχούς φάσματος της ηλιακής ακτινοβολίας βρίσκεται στην «πράσινη» περιοχή των 550 nm, όπου είναι και η μέγιστη ευαισθησία του ματιού που βρίσκεται). Ακριβώς επειδή γεννηθήκαμε κοντά σε ένα τέτοιο αστέρι, αυτό το τμήμα του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας γίνεται άμεσα αντιληπτό από τις αισθήσεις μας.

Η ακτινοβολία στο οπτικό εύρος προκύπτει, ιδίως, όταν θερμαίνονται τα σώματα ( υπέρυθρη ακτινοβολίαονομάζεται επίσης θερμική) λόγω της θερμικής κίνησης των ατόμων και των μορίων. Όσο πιο ισχυρό θερμαίνεται το σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα στην οποία βρίσκεται το μέγιστο του φάσματος ακτινοβολίας του. Με μια ορισμένη θέρμανση, το σώμα αρχίζει να λάμπει στο ορατό εύρος (πυρακτώσεως), πρώτα κόκκινο, μετά κίτρινο και ούτω καθεξής. Αντίθετα, η ακτινοβολία του οπτικού φάσματος έχει θερμική επίδραση στα σώματα.

Η οπτική ακτινοβολία μπορεί να δημιουργηθεί και να καταγραφεί σε χημικές και βιολογικές αντιδράσεις. Ένα από τα πιο διάσημα χημικές αντιδράσεις, που είναι ο δέκτης της οπτικής ακτινοβολίας, χρησιμοποιείται στη φωτογραφία. Η πηγή ενέργειας για τα περισσότερα έμβια όντα στη Γη είναι η φωτοσύνθεση - μια βιολογική αντίδραση που συμβαίνει στα φυτά υπό την επίδραση της οπτικής ακτινοβολίας από τον Ήλιο.

2. Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από κινητά τηλέφωνα

Η κινητή ραδιοτηλεφωνία είναι σήμερα ένα από τα πιο εντατικά αναπτυσσόμενα συστήματα τηλεπικοινωνιών. Τα κύρια στοιχεία του συστήματος κυψελοειδούς επικοινωνίας είναι οι σταθμοί βάσης (BS) και τα κινητά ραδιοτηλέφωνα (MRT). Οι σταθμοί βάσης διατηρούν ραδιοεπικοινωνία με κινητά ραδιοτηλέφωνα, με αποτέλεσμα το BS και το MRI να αποτελούν πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην περιοχή UHF. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του κυψελοειδούς συστήματος ραδιοεπικοινωνίας είναι η πολύ αποτελεσματική χρήση του φάσματος ραδιοσυχνοτήτων που διατίθεται για τη λειτουργία του συστήματος, το οποίο καθιστά δυνατή την παροχή τηλεφωνικών επικοινωνιών σε σημαντικό αριθμό συνδρομητών. Το σύστημα χρησιμοποιεί την αρχή της διαίρεσης μιας συγκεκριμένης επικράτειας σε ζώνες ή «κελιά», συνήθως με ακτίνα 0,5-10 χιλιομέτρων.

Οι σταθμοί βάσης επικοινωνούν με κινητά ραδιοτηλέφωνα που βρίσκονται στην περιοχή κάλυψής τους και λειτουργούν με τον τρόπο λήψης και μετάδοσης σήματος. Ανάλογα με το πρότυπο, το BS εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ενέργεια στην περιοχή συχνοτήτων από 463 έως 1880 MHz. Οι κεραίες BS τοποθετούνται σε ύψος 15-100 μέτρων από το έδαφος σε υπάρχοντα κτίρια ή σε ειδικά κατασκευασμένους ιστούς.

Με βάση τις τεχνολογικές απαιτήσεις για την κατασκευή ενός κυψελοειδούς συστήματος επικοινωνίας, το σχέδιο της κεραίας στο κατακόρυφο επίπεδο υπολογίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε η κύρια ενέργεια ακτινοβολίας (πάνω από 90%) να συγκεντρώνεται σε μια μάλλον στενή "δέσμη". Κατευθύνεται πάντα μακριά από τις κατασκευές στις οποίες βρίσκονται οι κεραίες BS και πάνω από τα παρακείμενα κτίρια, το οποίο είναι απαραίτητη προϋπόθεσηγια την ομαλή λειτουργία του συστήματος.

Ένα κινητό ραδιοτηλέφωνο (MRT) είναι ένας μικρός πομποδέκτης. Ανάλογα με το πρότυπο τηλεφώνου, η μετάδοση πραγματοποιείται στην περιοχή συχνοτήτων 453 - 1785 MHz. Η ισχύς ακτινοβολίας MRI είναι μια μεταβλητή τιμή που εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την κατάσταση του καναλιού επικοινωνίας "κινητό ραδιοτηλέφωνο - σταθμός βάσης", δηλαδή όσο υψηλότερο είναι το επίπεδο σήματος BS στη θέση λήψης, τόσο χαμηλότερη είναι η ισχύς ακτινοβολίας MRI. Η μέγιστη ισχύς είναι στην περιοχή 0,125–1 W, αλλά σε μια πραγματική κατάσταση συνήθως δεν υπερβαίνει τα 0,05–0,2 W.

3. Ανακάλυψη του Michael Faraday

Η ακόλουθη δήλωση του Faraday χρονολογείται από το 1854: "Είμαι βέβαιος ότι η αλήθεια για αυτή τη ζωή δεν μπορεί να αποκτηθεί ούτε με την πιο απαράμιλλη εκδήλωση της ανθρώπινης σοφίας. Αποκαλύπτεται όχι από το δικό μας μυαλό, αλλά χάρη στη στοιχειώδη πίστη στα στοιχεία μας δόθηκε». Κρίνοντας από το πόσο τέλεια και εκπληκτικά στην απλότητά τους ήταν τα πειράματά του, μπορούμε να πούμε ότι ο Faraday υπηρέτησε την επιστήμη στην Κυριολεκτικάπιστά.

Ο Michael Faraday ήταν διάσημος κατά τη διάρκεια της ζωής του και προέβλεψε την ανάπτυξη της επιστημονικής σκέψης για πολλές επόμενες δεκαετίες. Ήταν τόσο αμφιλεγόμενη φιγούρα που οι μαθητές και οι οπαδοί του θεωρούσαν τις λαμπρές ανακαλύψεις του ως αποτέλεσμα ανεπαρκούς εκπαίδευσης και δεν εμπιστεύονταν την ακρίβεια των πειραμάτων του λόγω της «περίεργης» του χαρακτήρα του επιστήμονα. Ίσως υπάρχει κάποια αλήθεια σε αυτό: πηγαίνοντας στην επιστήμη με τον δικό του ιδιαίτερο τρόπο, σε πλήρη αντίθεση με την επικρατούσα επιστημονική κοσμοθεωρία, ο Faraday συχνά έβρισκε πρότυπα και έβλεπε αμοιβαίες σχέσεις όπου κανείς πριν από αυτόν δεν τα αναγνώριζε και δεν μπορούσε να δει…

Ο Michael Faraday έδωσε στον κόσμο τέτοιες έξυπνες εφευρέσεις όπως η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, η οποία βασίζεται στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, έναν ηλεκτρικό κινητήρα, έναν μετασχηματιστή και πολλές άλλες συσκευές που χρησιμοποιούμε ακόμα σήμερα.

Θα σας πω για μια συσκευή που εφηύρε στα μέσα του 19ου αιώνα. Αυτό είναι το λεγόμενο κλουβί Faraday.

Η λειτουργία της συσκευής βασίζεται στην ικανότητα των ηλεκτρονίων σε ένα κλειστό ηλεκτρικά αγώγιμο κέλυφος, όταν εισέρχονται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, να αποκτούν φορτίο που αντισταθμίζει τις επιδράσεις των εξωτερικών πεδίων. Έτσι, τα τοιχώματα της κυψέλης προστατεύουν τον εσωτερικό χώρο από τις επιπτώσεις της εξωτερικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Ένα τέτοιο κλουβί Faraday μπορεί ακόμη και να προστατεύσει ένα άτομο από μια ηλεκτρική εκκένωση. Αλλά με την αντίστροφη σειρά, η ακτινοβολία που δημιουργείται μέσα στον κλωβό Faraday δεν θα βγει εάν το κάνετε ένα αγώγιμο στρώμα μέσα. Επομένως, είμαστε, για παράδειγμα, προστατευμένοι από την ακτινοβολία ενός φούρνου μικροκυμάτων όταν βρισκόμαστε κοντά του κατά τη λειτουργία του.

Γιατί αυτή η συσκευή ονομάζεται κυψέλη;

Διότι οι πρώτες πραγματοποιήθηκαν με μεταλλικό κλουβί. Και ακόμη και σήμερα, κατασκευάζονται βιομηχανικά σχέδια και μοιάζουν με μεταλλικό κλουβί φτιαγμένο από υλικά που μεταφέρουν καλά τον ηλεκτρισμό. Η απόδοση και η ισχύς του εξαρτώνται από το πάχος του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένο και από την αναλογία του μεγέθους του ανοίγματος προς το μήκος κύματος του ενεργού εξωτερικού πεδίου.

Κλουβί Faraday - αρχή λειτουργίας

Κάθε έξυπνο είναι απλό! Έτσι, η ίδια η αρχή λειτουργίας αυτής της συσκευής είναι πολύ απλή - όταν ένας κλωβός Faraday εκτίθεται σε ηλεκτρικό πεδίο, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μέσα στο υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο αρχίζουν να κινούνται, συγκεντρώνοντας μαζί με έναν συγκεκριμένο τρόπο. Ως αποτέλεσμα, τα απέναντι τοιχώματα της κυψέλης δέχονται αντίθετα φορτία, δημιουργώντας ένα νέο πεδίο, το οποίο έχει αντίθετη κατεύθυνση από το εξωτερικό. Αυτό το νέο πεδίο αντισταθμίζει την επίδραση του εξωτερικού ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει ηλεκτρικός θόρυβος ή ηλεκτρικό πεδίο μέσα στην κυψέλη.

Αυτή η μέθοδος ανάκλασης ή θωράκισης λειτουργεί μόνο όταν εκτίθεται σε ηλεκτρικά πεδία και εναλλασσόμενα μαγνητικά πεδία, τα οποία παράγονται επίσης από αυτά. Αυτή η συσκευή δεν θα μπορεί να προστατεύσει από ένα στατικό μαγνητικό πεδίο.

Σε τι χρησιμεύει;

Χρησιμοποιείται κυρίως στη βιομηχανία για την προστασία του εξοπλισμού από την ανεπιθύμητη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Για παράδειγμα, κατά την εγκατάσταση ιατρικών τομογράφων. Πολύ συχνά χρησιμοποιείται σε εργαστήρια όπου είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθούν μετρήσεις υψηλής ακρίβειας και να μειωθεί η επίδραση του ηλεκτρομαγνητικού θορύβου. Στη βιομηχανική χρήση, συνήθως εμπλέκονται ειδικοί που μπορούν να υπολογίσουν σωστά όλες τις παραμέτρους των κυττάρων.

Στην καθημερινή ζωή, οι ιδιότητες αυτής της εφεύρεσης συνιστάται συχνότερα να χρησιμοποιούνται για την προστασία όλων των ειδών ηλεκτρονικές συσκευές(κινητά τηλέφωνα, ταμπλέτες κ.λπ.) από βλάβη από ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ή παλμό (κύμα). Αυτό το κύμα μπορεί να προκληθεί είτε από κάποιο φυσικό φαινόμενο, όπως ηλιακές εκλάμψεις.

Κάποιοι από αυτούς χτίζουν ακόμη και τα δικά τους σπίτια, τα οποία είναι «κλουβιά Faraday», προκειμένου να προστατευτούν πλήρως από την πιθανή επίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Μπορείτε να δείτε ένα παράδειγμα τέτοιου σπιτιού στην παραπάνω εικόνα. Σε μια κατοικία, ο ιδιοκτήτης του θα είναι σε θέση να επιβιώσει από κάθε κατακλυσμό σίγουρα. Αυτό το θέμα είναι ιδιαίτερα δημοφιλές μεταξύ των ανθρώπων που φοβούνται κάθε είδους ακτινοβολία και τις επιπτώσεις τους στην υγεία, καθώς και μεταξύ εκείνων που πιστεύουν σε μια παγκόσμια καταστροφή και ετοιμάζονται να επιβιώσουν μετά από αυτήν.

Κεφάλαιο II . Πρακτικό μέρος

1. Φτιάχνοντας ένα κλουβί Faraday

Η απλούστερη επιλογή για την κατασκευή ενός κλουβιού Faraday με τα χέρια σας μπορεί να είναι οποιοδήποτε αντικείμενο με σφραγισμένη θήκη, ένα ηλεκτρικά αγώγιμο εξωτερικό στρώμα και ένα μη αγώγιμο στρώμα μέσα.

Κυριολεκτικά κάθε οικιακό αντικείμενο που μπορεί να κλείσει μπορεί να γίνει τέτοιο αντικείμενο. Το σχήμα μπορεί να είναι πολύ διαφορετικό: ένα κουτί, ένας κύλινδρος, μια σφαίρα - γενικά, οτιδήποτε. Το εσωτερικό μέρος πρέπει να είναι κατασκευασμένο από οποιοδήποτε υλικό που δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό: χαρτόνι, χαρτί, ξύλο, πλαστικό κ.λπ. Επομένως, ο ευκολότερος τρόπος είναι να πάρετε ένα έτοιμο μεταλλικό αντικείμενο και να τοποθετήσετε ένα μη αγώγιμο στρώμα μέσα ή, αντίστροφα , πάρτε ένα αντικείμενο από ένα μη αγώγιμο στρώμα και τυλίξτε τα εξωτερικά του μέρη με ένα αγώγιμο στρώμα (για παράδειγμα, φύλλο). Ακόμα κι αν απλώς τυλίξετε τη συσκευή σας σε αλουμινόχαρτο, θα είναι ήδη το πιο απλό κλουβί Faraday, φτιαγμένο μόνος σας.

Σημείωση! Τα πιο αποτελεσματικά είναι τα αυτοκατασκευασμένα κλουβιά κατασκευασμένα από δομές με σκελετό ξύλου που χρησιμοποιούν πλέγματα χαλκού ή αλουμινίου. Εάν αποφασίσετε να τοποθετήσετε το κλουβί Faraday από ένα ήδη τελειωμένο μεταλλικό αντικείμενο, τότε βεβαιωθείτε ότι το καπάκι και το κουτί έχουν καλή επαφή, η οποία παρέχει αξιόπιστη προστασία από τη διείσδυση ακτινοβολίας στο εσωτερικό. Και επίσης ότι το αντικείμενο είναι κατασκευασμένο από γαλβανισμένο μέταλλο.

Μπορείτε επίσης να φτιάξετε ένα κλουβί Faraday από έναν συνηθισμένο μεταλλικό κάδο απορριμμάτων, ένα μεταλλικό κουτί ή έναν κουβά χωρίς εμαγιέ με καπάκι, απλώνοντας απλά την εσωτερική επιφάνεια με χαρτόνι.

Εδώ είναι μια παλιά εργαλειοθήκη που μπορεί να είναι μια εξαιρετική βάση για αυτήν τη συσκευή.

Μπορεί ένα κελί να έχει τρύπες;

Αν αυτές οι τρύπες είναι σχετικά μικρές σε σχέση με το μήκος κύματος, τότε ναι, μπορεί να έχει τρύπες. Για παράδειγμα, για ένα κύμα στο 1 GHz είναι 0,3 m σε ελεύθερο χώρο, οπότε αν η τρύπα στο κελί είναι μικρότερη από αυτή την τιμή, όλα είναι καλά! Επομένως, τόσο συχνά χτίζετε κύτταρα από το πλέγμα.

Τι να κάνετε με την πόρτα;

Εάν πρόκειται να κατασκευάσετε ένα μεγάλο κλουβί με πόρτα ή κενά μεταξύ του καπακιού και της βάσης, τότε μπορεί να υπάρχει μικρή ποσότητα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εισέρχεται στο κλουβί. Ως εκ τούτου, είναι καλύτερο για αυτού του είδους την κατασκευή να χρησιμοποιείτε ταινία ή υλικό στις ραφές που μεταφέρουν ηλεκτρισμό και ταυτόχρονα κλείνουν τη ραφή.

Τι μπορεί να χρησιμοποιηθεί από αυτοσχέδια μέσα;

Επιτρέπεται να χρησιμοποιείτε οτιδήποτε βλέπετε στο σπίτι σας, αρκεί να είναι κατασκευασμένο από αγώγιμα υλικά. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα:

μεταλλικοί κάδοι απορριμμάτων?

κουβάδες?

κουτιά?

κουτιά?

περιβλήματα μικροκυμάτων κ.λπ.

Χρειάζεται γείωση η δομή;

Δεν υπάρχει ακόμη συναίνεση για το εάν το κλουβί του Faraday πρέπει να γειωθεί ή όχι.

Αλλά εξαρτάται από πολλούς παράγοντες - μεγέθη, πού και για ποιο σκοπό θα χρησιμοποιηθεί κ.λπ. Αλλά οι γενικοί κανόνες είναι οι εξής: οι μικρές κατασκευές δεν χρειάζεται να γειωθούν, αλλά για τις μεγάλες είναι απαραίτητο να το κάνουν.

Σε ένα μεγάλο κλουβί, μπορεί να εμφανιστεί ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, η οποία μπορεί να βλάψει ένα άτομο εάν αγγίξει κατά λάθος μια συσκευή που λειτουργεί. Ενώ σε ένα μικρό κελί, η ακτινοβολία είναι μικρή.

Επομένως, πριν σκεφτείτε το σχέδιο, μελετήστε προσεκτικά τις συστάσεις για τη γείωση.

Πώς να ελέγξετε τη λειτουργία του κλουβιού Faraday;

Μπορείτε να βάλετε ένα λειτουργικό ραδιόφωνο μέσα με κάποιο δυνατό κανάλι FM ενεργοποιημένο. Εάν μετά το κλείσιμο του κλουβιού εξακολουθείτε να ακούτε το ραδιόφωνο, τότε δεν είναι αρκετά κλειστό.

Ή μπορείτε να βάλετε ένα κινητό τηλέφωνο μέσα και να προσπαθήσετε να το καλέσετε. Εάν το τηλέφωνο βρίσκεται εκτός του χώρου λήψης, τότε το κινητό λειτουργεί καλά.

Έτσι, τώρα ξέρετε τι είναι, σε τι χρησιμεύει και πώς να φτιάξετε ένα κλουβί Faraday με τα χέρια σας. Είτε αγοράζετε ένα προκατασκευασμένο κλουβί είτε αποφασίζετε να φτιάξετε το δικό σας, βεβαιωθείτε ότι το μέγεθος ταιριάζει στις ανάγκες σας, ώστε να μπορείτε να χωρέσετε ό,τι θέλετε σε αυτό. Το αν χρειάζεται για τη διεξαγωγή επιστημονικών πειραμάτων ή για την προστασία των ηλεκτρονικών από τις επιπτώσεις της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας δεν είναι τόσο σημαντικό. Μπορείτε πάντα να φτιάξετε εύκολα το δικό σας κλουβί Faraday από εργαλεία χειρός.

2. Θεωρητικός υπολογισμός του απορροφητικού υλικού για το κοινό

Επιλέγω ένα κουτί και ένα αγώγιμο υλικό για ένα μελλοντικό απλό μοντέλο κλουβιού Faraday.

1. Ένα κουτί διηλεκτρικό (πολυπροπυλένιο) από βιντεοκασέταVHS.

2. Ένα ρολό από αγώγιμο φύλλο αλουμινίου ποιότητας τροφίμων.

Φτιάχνω τεχνολογική συναρμολόγηση του μοντέλου με κόλλα. Κάνω κυτταρικό τεστ.

Α. Πρώτα κάνω μια κλήση στο τηλέφωνο, το οποίο βρίσκεται σε ένα κλειστό κουτί. Είναι εκτός εμβέλειας του δικτύου.

Β. Μετά προσπαθώ να κάνω μια κλήση από το τηλέφωνο, το οποίο είναι σε ένα κλειστό κουτί. Το εξωτερικό τηλέφωνο δεν αποκρίνεται καθόλου.

Υπολογισμός αναλωσίμων για την τάξη φυσικής:

Μήκος - 6 m; πλάτος - 5 m; ύψος - 3 m; συνολική έκταση - 126 μ 2 (οροφή, δάπεδο, τέσσερις τοίχοι)?

Penofol: 4 ρολά (30 m 1,2 m 4 mm) - 8120 ρούβλια.

Γυψοσανίδα - 25 φύλλα (1,2 m 3,0 m) - 8850 ρούβλια (εξαιρουμένου του δαπέδου και των παραθύρων με διπλά τζάμια).

Lenoleum 30 m 2 - 4800 ρούβλια

Ταπετσαρία ή φωτογραφική ταπετσαρία.

Βίδες με αυτοκόλλητες βίδες για γυψοσανίδα.

Στόκος και αστάρι για τοίχους και ενισχυτική ταινία.

Η συνολική τιμή είναι 21770 ρούβλια.

συμπέρασμα

Μελέτησε την αρχή λειτουργίας του κλουβιού Faraday. Η λειτουργία της συσκευής βασίζεται στην ικανότητα των ηλεκτρονίων σε ένα κλειστό ηλεκτρικά αγώγιμο κέλυφος να αποκτούν φορτίο όταν εισέρχονται σε ηλεκτρικό πεδίο.

Έφτιαξε ένα μοντέλο ενός κλουβιού Faraday. Αυτό το κουτί είναι μη αγώγιμη και επιφάνεια αλουμινίου. Ανακαλύφθηκε ότι η συσκευή καθυστερεί την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Υπολόγισα και το κόστος της ύλης για την τάξη στην οποία θα διεξαχθεί η εξέταση. Χρειάστηκαν βασικά υλικά όπως γυψοσανίδα και penofol. Οικονομικό κόστος: 21770 ρούβλια. Kudryavtsev P. S. Faraday. - Μ., 1969.

Radovsky M. I. Mikhail Faraday. Βιβλιογραφικό δοκίμιο. - Μ., 1946.

Radovsky M. I. Faraday. - Μ., 1936.

Faraday M. Πειραματικές μελέτεςστην ηλεκτρική ενέργεια. Per από τα αγγλικά. Η Ε.Α. Chernysheva και Ya.R. Schmidt - Chernysheva. - Ακαδημία Επιστημών της ΕΣΣΔ. 1947.

Εφαρμογές

Φτιάχνοντας ένα κλουβί Faraday

Δοκιμή σε κλουβί Faraday

Πίσω στο 1836, ένας Άγγλος επιστήμονας Michael Faraday διεξήγαγε ένα πολύ περίεργο και κατατοπιστικό πείραμα. Σύμφωνα με τις οδηγίες του, ένα μεγάλο ξύλινο κλουβί επικολλήθηκε με φύλλα από τσίγκινο χαρτί (στανιόλ). Στη συνέχεια απομονώθηκε από την επιφάνεια της γης και φορτίστηκε έντονα με τη βοήθεια της διαφοράς δυναμικού ενός τέτοιου σχεδίου με τη γη ήταν τόσο ισχυρή που όταν σώματα συνδεδεμένα με την επιφάνεια της γης την πλησίασαν, σπινθήρες πέταξαν από την εξωτερική του επιφάνεια. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι αυτό το κλουβί του Faraday ενέπνευσε φόβο σε πολλούς αυτόπτες μάρτυρες. Ο ίδιος ο Άγγλος φυσικός βρισκόταν μέσα στη δομή του, κρατώντας στα χέρια του ένα πολύ ευαίσθητο ηλεκτροσκόπιο.

Τι αποκάλυψε το κλουβί του Faraday;

Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, μια πλήρως λειτουργική συσκευή έδειξε στα χέρια ενός φυσικού την πλήρη απουσία ηλεκτρικού φορτίου. Και αυτό σημαίνει ότι μια τέτοια δομή μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά ως προστατευτική ασπίδα. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι η ικανότητα μιας τέτοιας οθόνης να εξουδετερώνει την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το πάχος του υλικού της, το βάθος της επιφανειακής επίδρασης και την αναλογία του μεγέθους των ανοιγμάτων προς το μήκος των ενεργών κυμάτων. Έτσι, επέτρεψε στους ανθρώπους να βρουν έναν τρόπο να προστατεύσουν τον ευαίσθητο εξοπλισμό και την ανθρώπινη υγεία από βλαβερές συνέπειεςισχυρό Αυτή η ιδιότητα έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στην πράξη και είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τι θα είχε συμβεί στην ανθρωπότητα αν δεν υπήρχε η ευρηματικότητα και το θάρρος ενός γενναίου φυσικού.

Πώς λειτουργεί ένα κλουβί Faraday;

Όταν ένα κλειστό ηλεκτρικά αγώγιμο κέλυφος εισέρχεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, αρχίζει να ενεργεί σε ελεύθερα ηλεκτρόνια, με αποτέλεσμα οι απέναντι πλευρές μιας τέτοιας δομής να αποκτούν φορτία, τα οποία με τη σειρά τους δημιουργούν ένα πεδίο που αντισταθμίζει πλήρως την εξωτερική επίδραση. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο κλωβός Faraday μπορεί να προστατεύσει μόνο από ηλεκτρικό πεδίο. Και το μαγνητικό πεδίο, με την προϋπόθεση ότι είναι στατικό, διεισδύει ελεύθερα μέσα. Επομένως, η πυξίδα μέσα σε ένα τέτοιο σχέδιο θα λειτουργήσει σωστά. Στην περίπτωση ενός δυναμικού ηλεκτρικού πεδίου, συμβαίνει το εξής: δημιουργεί ένα δυναμικό μαγνητικό πεδίο, το οποίο, σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής, δημιουργεί το δικό του μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο εμποδίζει τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου μέσα σε μια τέτοια οθόνη.

Σύγχρονα κλουβιά Faraday

Προς το παρόν, το φαινόμενο που ανακάλυψε ο Άγγλος φυσικός χρησιμοποιείται για καμπίνες ραδιοσυχνοτήτων, θωρακισμένα δωμάτια, κιβώτια ραδιοσυχνοτήτων. Τέτοιες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται ευρέως όπου είναι απαραίτητο για την προστασία ενός ατόμου από ηλεκτρικό πεδίο. Ένα λεπτό μεταλλικό πλέγμα ή φύλλα από διάτρητο χάλυβα χρησιμοποιούνται τώρα συνήθως ως ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό και οι ίδιες οι κατασκευές πρέπει να είναι γειωμένες για να διαχέεται τυχόν ηλεκτρικά ρεύματα, που μπορεί να εμφανιστεί από εξωτερική ακτινοβολία.
Επιπλέον, ο κλωβός Faraday χρησιμοποιείται ευρέως για κάθε είδους δοκιμές εξοπλισμού ηλεκτρονικών υπολογιστών, ηλεκτρονικών εξαρτημάτων κ.λπ. Υπάρχουν ακόμη και ειδικά ατομικά κιτ θωράκισης και ορισμένες εταιρείες προσφέρουν να προστατεύουν τους ανθρώπους από τα διαμερίσματά τους για μεγαλύτερη ασφάλεια.

Κρύψτε το κινητό ή το smartphone σας από τον κόσμο αποκλείοντας τυχόν εισερχόμενες και εξερχόμενες ραδιοφωνικές συχνότητες με το Faraday Pocket. Παρόμοιες θήκες και τσάντες έχουν ήδη εμφανιστεί προς πώληση σε καταστήματα για geeks και στο Kickstarter με το σύνθημα «Προστατέψτε τα δεδομένα από το hacking». Συσκευασμένη σε παρόμοια θήκη, η συσκευή σας δεν είναι πλέον ανιχνεύσιμη για κανένα WiFi, GPS, Bluetooth, GLONASS και για τον ίδιο τον πάροχο υπηρεσιών επικοινωνίας, δηλαδή τον χειριστή.

Επίσης, μια τέτοια τσέπη είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να "συνδέσετε" αμέσως το τηλέφωνό σας όταν είναι απαραίτητο: για παράδειγμα, εάν βρίσκεστε σε κινηματογράφο, σε ενέδρα (αστείο) ή απλά θέλετε να σταματήσετε τις ενοχλητικές κλήσεις από ένα συγκεκριμένο άτομο.

Για να το κάνετε αυτό, απλά πρέπει να επενδύσετε την τσέπη του παντελονιού σας (ή άλλο κατάλληλο ρούχο) με ένα ειδικό ύφασμα με λεπτή μεταλλική ύφανση μέσα και η τσέπη θα μπορεί να αντανακλά τυχόν εισερχόμενα σήματα και να απορροφά ενέργεια. Η επίδραση της προστασίας κάτι μέσω ενός αγώγιμου υφάσματος ονομάζεται επίσης «Κλουβί Faraday» (από τον επιστήμονα που εφηύρε το κλουβί, Michael Faraday), από το οποίο προήλθε το όνομα τσέπες, τσάντες, θήκες.

Για να ράψετε κάτι παρόμοιο με τα χέρια σας - απλά φτύστε. Επιπλέον, για τα περίεργα μυαλά, είναι αστείο επιστημονικό πείραμαμε ηλεκτρικό πεδίο. Το αγώγιμο ύφασμα είναι εύκολο να βρεθεί στην πώληση στο Runet. Επιλέξτε ripstop (ενισχυμένο ύφασμα) με ύφανση νικελίου/χαλκού: αυτό το ύφασμα έχει υψηλή βαθμολογία θωράκισης και είναι το πιο εύκολο στην εργασία. Και να θυμάστε ότι για το επιθυμητό αποτέλεσμα, το στρώμα παρόμοιο ύφασμαδεν χρειάζεται να είναι παχύρρευστο, κάτι που κάνει τα πράγματα πιο εύκολα.

1. Διάλεξε ένα παντελόνι που δεν σε πειράζει να ξανακάνεις. Δεν χρειάζεται να κόψετε τα ρούχα, για να μην τα καταστρέψετε: επιλέξτε αυτά που φοράτε πιο συχνά ή απλώς ράψτε τις τσέπες πολλών ζευγαριών με αυτόν τον τρόπο. Για μερικούς, θα είναι σημαντικό να καλύψετε και τις δύο τσέπες με αγώγιμο ύφασμα, αλλά να θυμάστε ότι χρειάζεστε επίσης ένα κανονικό μέρος για να μεταφέρετε ένα κινητό τηλέφωνο που λειτουργεί κανονικά.

2. Γυρίζουμε το παντελόνι μέσα προς τα έξω, ισιώνουμε τη μία τσέπη και βάζουμε την άκρη του αγώγιμου υφάσματος από κάτω. Είναι βέλτιστο η τσέπη να ταιριάζει πλήρως - από τις ραφές που την στερεώνουν στο παντελόνι μέχρι τις κάτω ραφές της ίδιας της τσέπης. Με ένα υφασμάτινο μαρκαδόρο ή οτιδήποτε άλλο (από ένα στυλό μέχρι ένα κραγιόνι ή μια μυτερή ράβδο σαπουνιού), χαράξτε την τσέπη στο αγώγιμο ύφασμα.

3. Βγάζουμε το ύφασμα, το διπλώνουμε ώστε να έχουμε 2 στρώσεις υλικού στην κυκλική περιοχή, κόβουμε το ύφασμα με καρφίτσες σε αυτό το σημείο και κόβουμε 2 πλευρές για την τσέπη - με περιθώρια σε όλη την περίμετρο 1,5- 2 εκ.

4. Βγάζουμε τις καρφίτσες, βάζουμε ένα κομμένο μέρος του υλικού σε κάθε πλευρά της τσέπης, καλύπτοντας πλήρως την τελευταία με ένα αγώγιμο πανί. Με καρφίτσες καρφιτσώνουμε και τις δύο στρώσεις υφάσματος και την τσέπη μαζί για να μείνουν όλα τέλεια εκεί που πρέπει.

5. Γεμίζουμε τη ραπτομηχανή με συνηθισμένες δυνατές κλωστές και ρυθμίζουμε το μικρότερο (μέγιστο μέσο) μήκος βήματος της συνηθισμένης ευθείας ραφής. Κατά μήκος της περιμέτρου με μια εσοχή από την άκρη 1,5-2 cm, ράβουμε τις άκρες της τσέπης και τα δύο κομμάτια αγώγιμου υφάσματος, όπου είναι δυνατόν. Τα υπόλοιπα -δύσκολα- τα σημεία τα ράβουμε με βελόνα και κλωστή χειροκίνητα. Από πάνω σε όλη την τσέπη!Ράβουμε και την τσέπη μέσα και μέσα! δηλαδή ράψτε και τις 4 στρώσεις μεταξύ τους: 2 πλευρές της τσέπης και πάνω από 2 κομμάτια αγώγιμου υφάσματος, αφήνοντας μόνο μια μικρή τρύπα για να τοποθετήσετε και να βγάλετε το τηλέφωνο (αλλά και να το κάνετε αυτό χωρίς μεγάλη δυσκολία, γιατί μπορείτε να σκίσετε την τσέπη με τα δάχτυλά σου).

Μικρές τρύπες σε μια τσέπη/θήκη/τσάντα Faraday μπορούν να αφεθούν - αρκεί να είναι μικρές σε σχέση με το μήκος του προσπίπτοντος ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Για παράδειγμα, ένα κύμα 1 GHz έχει μήκος 0,3 μέτρα σε ελεύθερο χώρο. Και εφόσον η τρύπα είναι σημαντικά μικρότερη από αυτό το μέγεθος (για παράδειγμα, μερικά χιλιοστά), δεν θα χαθεί ένας μεγάλος αριθμός απόπέφτοντας κύμα. Επομένως, η τρύπα που έχει μείνει στην τσέπη για το τηλέφωνο πρέπει να είναι κλειστή - για παράδειγμα, με αγώγιμη ηλεκτρική ταινία ή μπορείτε, ενώ ράβετε ανά δύο το στρώμα του υφάσματος και τη μία πλευρά της τσέπης, να ράψετε Velcro μέσα στην τσέπη σε όλο το μήκος της πλάτος της τρύπας από πάνω. Αλλά δεν μπορείτε να ράψετε ή να επικολλήσετε, γιατί στα τζιν, για παράδειγμα, ένα πυκνό ύφασμα θα κρατήσει τις άκρες της τσέπης μαζί.

Για καλύτερα αποτελέσματα, το τηλέφωνο στην τσέπη σας θα πρέπει πάντα να καλύπτεται πλήρως με ένα αγώγιμο πανί. Αλλά έβαλαν το χέρι τους σε μια τσέπη χωρίς Velcro ή απλά έσκυψαν / κάθισαν - και αυτό είναι, το σήμα θα αρχίσει να περνάει ξανά.

Τσάντα/θήκη

Όσον αφορά τις τρύπες και την αξιοπιστία, είναι πολύ καλύτερο κατ' αναλογία (αγώγιμο ύφασμα συν πυκνό ύφασμα μόνο για να γίνει δυνατή η θήκη) να ράβετε για οποιαδήποτε συσκευή σας - είτε είναι smartphone είτε tablet - μια θήκη ή τσάντα με Velcro, περνώντας μαζί ολόκληρη την ανοιχτή άκρη από όλες τις πλευρές.