Patrón de cuadrícula tipo jaula de Faraday. El dueño de un bar en Inglaterra instaló una jaula de Faraday para bloquear las comunicaciones celulares en el establecimiento. en el mundo del entretenimiento

El brillante científico e inventor del siglo XIX, Michael Faraday, es conocido por su activo trabajo con la electricidad, el campo electromagnético y los fenómenos físicos relacionados. Uno de los descubrimientos más significativos fue una estructura protectora llamada jaula de Faraday. A continuación entenderemos qué es y qué valor práctico representa la invención.

¿Qué es una jaula de Faraday?

Una jaula de Faraday es una caja con paredes hechas de un metal de buena conductividad. El diseño no requiere una conexión de alimentación externa, pero, por regla general, está conectado a tierra. El efecto físico de la célula se manifiesta bajo la influencia de un factor externo, que es la radiación electromagnética.

Las primeras construcciones que demostraron el efecto de protección parecían una célula normal, lo que dio nombre a este fenómeno. De hecho, las paredes de alambre o perforadas de la "caja" son convenientes para el control visual de objetos o dispositivos ubicados dentro de un espacio cerrado, pero pueden reemplazarse fácilmente por sólidos. Lo principal es que el material es conductor.

Principio de operación

La acción de la jaula de Faraday se basa en que la carga, cuando entra en el conductor, se distribuye en su superficie, mientras que el interior permanece neutro. De hecho, toda la celda, que consiste en un material conductor, es un solo conductor, cuyos "extremos" adquieren la carga opuesta. La corriente eléctrica resultante crea un campo que compensa las influencias externas. La fuerza del campo eléctrico en la parte interna de tal estructura es cero.

Curiosamente, si el campo se genera dentro de la celda, entonces el efecto también funciona. Sin embargo, en este escenario, la carga se distribuirá sobre la superficie interna de la rejilla u otro plano conductor y no podrá penetrar hacia el exterior.

En terminología inglesa, CF suena como “escudo de Faraday”, es decir, “escudo/pantalla de Faraday”. Este concepto transmite bien la esencia del dispositivo que, como un escudo o una pantalla protectora, refleja los rayos que inciden en su contenido.

Cabe recordar que el efecto de blindaje solo funciona en un campo magnético alterno. No interfiere con un efecto magnético constante o ligeramente variable, por ejemplo, el potencial magnético natural de la Tierra.

Para determinar si la cámara de Faraday reflejará la radiación de alta frecuencia, basta con conocer el tamaño de las celdas de la rejilla (si la parte conductora tiene forma de jaula) y la longitud de onda de la onda actuante. La construcción es efectiva si el segundo valor es mayor que el primero.

Ámbitos de aplicación del efecto CF

El efecto descubierto por Faraday no sólo tiene un significado científico, sino también un amplio uso práctico. El ejemplo más simple de una jaula de Faraday se puede encontrar en la vida cotidiana, está presente en casi cualquier cocina: este es un horno de microondas. Cinco paredes de su cuerpo están hechas de placas de acero bastante gruesas, y entre las dos capas de vidrio de la puerta hay una capa de metal con perforaciones para una mejor visibilidad.

cabina de radiofrecuencia

Una cabina de radiofrecuencia es una habitación aislada de los efectos de las radiaciones eléctricas, magnéticas y de radio, normalmente un área pequeña. Sus paredes, piso y techo están equipados con rejillas altamente conductoras que forman una jaula cerrada pero invisible.

salas de resonancia magnética

Los equipos de alta precisión, como un tomógrafo médico para el diagnóstico por resonancia magnética, requieren una cuidadosa protección contra las ondas electromagnéticas externas. La más mínima influencia de terceros puede afectar el resultado del estudio, por lo que la sala en la que se encuentra la unidad de resonancia magnética está completamente blindada.

laboratorios

A investigación de laboratorio para obtener resultados precisos, es importante no solo utilizar equipos avanzados, sino también protegerlos de manera confiable de factores externos como campos magnéticos y eléctricos.

Debe entenderse que esto se refiere no solo a la radiación direccional de fuentes específicas, sino también al ruido electromagnético que está constantemente presente en la atmósfera, especialmente en los asentamientos y sus alrededores.

Para un blindaje de alta calidad de equipos con efecto CF, se requieren cálculos de diseño especializados e instalación profesional.

Trajes de Protección

Para las personas que trabajan en áreas con alta probabilidad de descarga eléctrica, se han desarrollado trajes especiales. Su capa superior está hecha de tela que contiene metal y está separada del cuerpo por un material aislante. En caso de corriente estática o eléctrica residual, la carga fluye por la cubierta exterior del kit.

La ropa de protección es indispensable cuando se trabaja con líneas de alta tensión. Incluso sin energía, retienen un nivel peligroso de carga estática debido a muchos kilómetros de cables eléctricos.

en el mundo del entretenimiento

El efecto CF, que se muestra de forma colorida en el escenario, es muy espectacular. En este caso, a menudo no se usa una jaula simple, sino un caparazón aparentemente sin peso hecho de malla gruesa, o incluso un traje especialmente diseñado que se parece a la ropa común. En este caso, la corriente se suministra de la manera más eficaz posible, por ejemplo, utilizando bobinas de Tesla o dispositivos similares que crean una carga a partir de un generador electrostático.

Hacer una jaula de Faraday con tus propias manos.

En la vida cotidiana, la fabricación de un CF casero puede ser necesaria para "ocultar" los dispositivos de la acción de varias ondas que pueden causar perturbaciones en el "relleno" electrónico sensible.

Un ejemplo de tal diseño es una caja de madera contrachapada terminada de cierta manera. Dado que el contrachapado actúa como capa aislante, debe estar perfectamente limpio y seco. Puede ensamblar la caja con sus propias manos o llevarla lista; lo principal es que se ensamble sin el uso de clavos u otros sujetadores metálicos. El montaje se lleva a cabo en varias etapas:

1. La lámina para alimentos se divide en segmentos, según el tamaño de las paredes de madera contrachapada o sus espacios en blanco.
2. Superficies de la futura caja con fuera de recortado con papel de aluminio. En este caso, su lado brillante debe estar hacia afuera.
3. Las paredes se sujetan desde el interior con cinta adhesiva y se colocan un par de alfombrillas de ratón en el fondo de la caja.
4. Se verifica cuidadosamente que en la posición cerrada de la tapa, la capa de lámina forme una capa continua, sin los más mínimos huecos y roturas.

La segunda opción supone que la base de la jaula de Faraday con sus propias manos es un tanque de metal (bandeja, caja, caja, etc.), dentro del cual el aislamiento está hecho de cartón, la misma madera contrachapada u otro material. La condición de un ajuste perfecto de la tapa para este diseño no es menos importante que para el descrito anteriormente.

¿Necesito hacer conexión a tierra?

No hay consenso sobre la necesidad de poner a tierra el CF. Es obligatorio poner a tierra grandes estructuras y aquellas que pueden verse afectadas por una descarga eléctrica especialmente potente.

La conexión a tierra, por supuesto, protege contra situaciones de emergencia cuando la fuerte carga acumulada puede "atravesar" el aire y golpear a un objeto o persona cercana.

Prueba de una jaula de Faraday casera

Para probar el principio de la jaula de Faraday en la práctica, lo más conveniente es utilizar una radio compacta alimentada por batería. Debe encenderse al máximo volumen y sintonizarse en el canal FM más potente disponible. Si la celda está funcionando, la radio en ella se silenciará.

Si el receptor es al menos un poco, pero audible, entonces no fue posible lograr un apantallamiento del cien por cien, y debe buscar espacios en la capa conductora.

Adecuado para probar cámaras y teléfonos móviles autoensamblados. Una vez dentro, dejará de recibir señales de las estaciones base, es decir, cuando le llames, escuchará el mensaje correspondiente del informante automático del operador móvil.

Michael Faraday fue un famoso científico experimental inglés que le dio al mundo inventos tan ingeniosos como la inducción electromagnética, que es la base de la producción de electricidad, un motor eléctrico, un transformador y muchos otros dispositivos que todavía usamos hoy.

Pero hoy hablaremos de un dispositivo que inventó a mediados del siglo XIX. Esta es la llamada jaula de Faraday.

El funcionamiento del dispositivo se basa en la capacidad de los electrones en una capa eléctricamente conductora cerrada, cuando entran en un campo eléctrico, para adquirir una carga que compense los efectos de los campos externos. Por lo tanto, las paredes de las celdas protegen el espacio interior de las influencias externas. radiación electromagnética.

Tal jaula de Faraday puede incluso proteger a una persona de una descarga eléctrica. Pero en el orden inverso, la radiación generada dentro de la jaula de Faraday no saldrá si la conviertes en una capa conductora en su interior. Así, estamos, por ejemplo, protegidos de la radiación de un horno microondas cuando estamos cerca de él durante su funcionamiento.

¿Por qué este dispositivo se llama célula?

Algunos de ellos incluso construyen sus propias casas, que son "jaulas de Faraday", para protegerse completamente de la posible influencia de la radiación electromagnética. Puede ver un ejemplo de una casa de este tipo en la imagen de arriba. En una vivienda, su dueño podrá sobrevivir a cualquier cataclismo con seguridad. Este tema es especialmente popular entre las personas que temen todo tipo de radiación y su impacto en la salud, así como entre quienes creen en una catástrofe global y se preparan para sobrevivir después de ella.

Jaula de Faraday: ¿cómo hacerlo con medios improvisados?

La opción más simple para hacer una jaula de Faraday con sus propias manos puede ser cualquier objeto con una caja sellada, una capa exterior conductora de electricidad y una capa interior no conductora.

Literalmente, cualquier artículo del hogar que se pueda cerrar puede convertirse en un artículo de este tipo. La forma puede ser muy diferente: una caja, un cilindro, una esfera, en general, cualquier cosa. Parte interna debe estar hecho de cualquier material que no conduzca la electricidad: cartón, papel, madera, plástico, etc. Por lo tanto, la forma más fácil es tomar un objeto de metal prefabricado e insertar una capa no conductora en su interior o, por el contrario, tomar un objeto de una capa no conductora y envuélvalo en sus partes exteriores con una capa conductora (por ejemplo, papel de aluminio). Incluso si solo envuelve su dispositivo en papel de aluminio, ya será la jaula de Faraday más simple, hecha por usted mismo.

¡Nota! Las más efectivas son las jaulas de fabricación propia hechas de estructuras de madera con mallas de cobre o aluminio. Si decide montar la jaula de Faraday a partir de un objeto de metal ya terminado, asegúrese de que la tapa y la caja tengan un buen contacto, lo que brinda una protección confiable contra la penetración de radiación en el interior. Y también que el artículo sea de metal galvanizado.

Esta jaula de Faraday (se muestra la foto) está hecha de una caja de madera ordinaria.

Desde un bote de basura de metal ordinario, una caja de metal o un balde sin esmaltar con tapa, también puede hacer una jaula de Faraday simplemente colocando superficie interior cartulina.

Aquí hay una vieja caja de herramientas que puede ser una gran base para este dispositivo.

¿Puede una celda tener agujeros?

Si estos agujeros son relativamente pequeños en relación con la longitud de onda, entonces sí, puede tener agujeros. Por ejemplo, para una onda a 1 GHz, la longitud de onda es de 0,3 m en el espacio libre, por lo que si el agujero en la celda es menor que este valor, ¡todo está bien! Por lo tanto, a menudo se construyen celdas a partir de la cuadrícula.

¿Qué hacer con la puerta?

Si va a construir una jaula grande con una puerta o espacios entre la tapa y la base, es posible que ingrese una pequeña cantidad de radiación electromagnética a la jaula. Por lo tanto, es mejor para este tipo de construcción usar cinta o material en las costuras que conduzca la electricidad y al mismo tiempo cierre la costura.

¿Qué se puede utilizar de medios improvisados?

Se le permite usar cualquier cosa que vea en su casa siempre que esté hecha de materiales conductores. Hay muchos ejemplos:

• botes de basura de metal;
• baldes;
• cajas;
• cajas;
• carcasas de microondas, etc.

¿Es necesario poner a tierra la estructura?

Todavía no hay consenso sobre si la jaula de Faraday debe conectarse a tierra o no.

Pero depende de muchos factores: el tamaño, dónde y para qué se utilizará, etc. Pero reglas generales son las siguientes: no es necesario poner a tierra estructuras pequeñas, pero si es necesario para las grandes.

En una jaula grande, puede ocurrir radiación electromagnética, que puede dañar a una persona si toca accidentalmente un dispositivo en funcionamiento. Mientras en talla pequeña la radiación celular es pequeña.

Por lo tanto, antes de pensar en el diseño, estudie cuidadosamente las recomendaciones para la puesta a tierra.

¿Cómo comprobar el funcionamiento de la jaula de Faraday?

Puede colocar una radio que funcione en el interior con algún tipo de canal FM fuerte encendido. Si después de cerrar la jaula aún puede escuchar la radio, entonces no está lo suficientemente cerrada.

O puede poner un teléfono móvil dentro e intentar llamarlo. Si el teléfono está fuera del área de recepción, entonces el celular está funcionando bien.

Así que ya sabes qué es, para qué sirve y cómo hacer una jaula de Faraday con tus propias manos. Ya sea que esté comprando una jaula prefabricada o decida hacer la suya propia, asegúrese de que el tamaño se ajuste a sus necesidades para que pueda colocar lo que quiera en ella. Si es necesario para realizar experimentos científicos o para proteger la electrónica de los efectos de la radiación electromagnética, no es tan importante. Siempre puedes hacer fácilmente tu propia jaula de Faraday con herramientas manuales.

Nombre del cuerpo Departamento de Educación	Administración del Distrito Municipal Taimyr Dolgano-Nenets del Departamento de Educación
Nombre de la institución educativa	Institución Educativa Estatal Municipal de Taimyr "Escuela Secundaria No. 7 de Dudinskaya"
Nombre de la conferencia	Congreso científico y práctico municipal de investigación y trabajo de diseño"Bolígrafo de oro"
Tipo de trabajo	Trabajo de investigación
Nombre de dirección (sección)	Física y Matemáticas
Nombre del tema de trabajo	"Jaula de Faraday"
NOMBRE COMPLETO autor	Mastyugin Dmitry Sergeevich, nacido el 28 de mayo de 2000
Direccion de casa	Dudinka, st. Dudinskaya, 13, apartamento 328
lugar de estudio	TMK EI "Escuela Dudinskaya No. 7"
Clase	9 "B"
consejero científico	Projorov Denis Viktorovich
número de contacto	8-913-502-24-66

anotación

En este trabajo, considero uno de los problemas de protección contra la radiación electromagnética tanto de una persona como de un equipo para diversos propósitos. Mientras analizaba la literatura técnica, también dirigí mi atención al modelo de jaula de Faraday. Y me preguntaba sobre la posibilidad de crear una célula de este tipo a pequeña y gran escala.

Formó una hipótesis:

Determinado el propósito del trabajo:

Establecer tareas:

Como resultado, estudió el principio de la jaula de Faraday. El funcionamiento del dispositivo se basa en la capacidad de los electrones en una capa eléctricamente conductora cerrada para adquirir una carga cuando entran en un campo eléctrico.

Hizo un modelo de una jaula de Faraday. Esta caja es de superficie no conductora y de aluminio. Descubrí que el dispositivo retrasa la radiación electromagnética.

Tabla de contenido

Introducción …………………………………………………………………..

3

Parte teórica …………………………………………………………

4

Capítulo I. Radiaciones electromagnéticas ………………………………..

4

La esencia física de la radiación electromagnética. Tipos ……

4

Radiación electromagnética de los teléfonos móviles ………………

5

Descubrimiento de Michael Faraday ………………………………………….

6

CapítuloYo. Parte práctica……………………………………………….

9

Hacer una jaula de Faraday …………………………………………

9

Cálculo teórico de material absorbente para el público

11

Conclusión ……………………………………………………………….

12

Bibliografía …………………………………………………………

13

Aplicaciones………………………………………………………………..

14

Introducción

A veces noté que en algunas habitaciones la conexión celular comienza a debilitarse, o incluso desaparece por completo. Intrigado por esta pregunta, comencé a estudiar las causas de este fenómeno. Resulta que la llamada jaula de Faraday provoca tal efecto.

Hipótesis: ¿Es realista preparar a la audiencia para los exámenes de tal manera que no sea posible usar Internet durante el examen, si aún logra traer equipos de comunicación a la oficina?

Objetivo: realizar el cálculo técnico de materiales, que es necesario para el equipamiento de la audiencia.

Tareas de trabajo:

1) Revelar la esencia del concepto de radiación electromagnética;

2) Estudiar el principio de funcionamiento de la jaula de Faraday;

3) Hacer un modelo de la jaula de Faraday;

4) Aplicar los conocimientos adquiridos en diseño.

Objeto de estudio - radiación electromagnética.

Tema de estudio - la capacidad de los materiales para retrasar la radiación electromagnética.

Técnicas y métodos de investigación:

estudio de la literatura técnica;

Estudiar fuentes en Internet;

Hacer una jaula de Faraday;

Cálculo consumible.

parte teórica

Capítulo I. Radiaciones Electromagnéticas

1. La esencia física de la radiación electromagnética. Tipos

Una persona en el proceso de la vida se ve afectada por los campos magnéticos naturales (el campo magnético de la Tierra, la emisión de radio del sol, la electricidad atmosférica), así como por los campos electromagnéticos artificiales. Si el campo electromagnético natural se ha mantenido prácticamente constante durante milenios, el nivel de los campos electromagnéticos artificiales ha crecido de forma espectacular en las últimas décadas.

Las fuentes de campos electromagnéticos artificiales son: campos electromagnéticos del rango de baja frecuencia, que se utilizan en producción industrial campos de alta frecuencia (comunicación por radio, TV, radiodifusión); campos electromagnéticos de microondas (radar, navegación, medicina, comunicaciones celulares).

Tipos de radiación electromagnética

La radiación electromagnética se suele dividir en rangos de frecuencia. No hay transiciones bruscas entre los rangos, a veces se superponen y los límites entre ellos son condicionales. Dado que la velocidad de propagación de la radiación es constante, la frecuencia de sus oscilaciones está estrictamente relacionada con la longitud de onda en el vacío.

Ondas de radio: radiación electromagnética con longitudes de onda de 5 × 10-5 - 1010 metros y frecuencias, respectivamente, desde 6 × 1012 Hz y hasta varias. Las ondas de radio se utilizan en la transmisión de datos en redes de radio. Las ondas de radio se generan cuando una corriente alterna de la frecuencia correspondiente fluye a través de los conductores. Por el contrario, una onda electromagnética que atraviesa el espacio excita una corriente alterna que le corresponde en el conductor. Esta propiedad se utiliza en ingeniería de radio cuando se diseñan antenas. Las tormentas eléctricas son una fuente natural de olas en este rango.

La región óptica del espectro consiste en radiación visible, infrarroja y ultravioleta. La selección de tal región se debe no solo a la proximidad de las partes correspondientes del espectro, sino también a la similitud de los instrumentos utilizados para estudiarla y desarrollados históricamente principalmente en el estudio de la luz visible (lentes y espejos para enfocar la radiación). , prismas, rejillas de difracción, dispositivos de interferencia para estudiar la composición espectral de la radiación, etc.).

Las frecuencias de las ondas en la región óptica del espectro ya son comparables con las frecuencias naturales de los átomos y las moléculas, y sus longitudes son comparables con las dimensiones moleculares y las distancias intermoleculares. Debido a esto, los fenómenos debidos a la estructura atomística de la materia se vuelven significativos en esta área. Por la misma razón, junto a las propiedades ondulatorias aparecen también las propiedades cuánticas de la luz.

La fuente más famosa de radiación óptica es el Sol. Su superficie (fotosfera) se calienta a una temperatura de 6000 grados y brilla con luz blanca brillante (el máximo del espectro continuo de radiación solar se encuentra en la región "verde" de 550 nm, donde también se encuentra la máxima sensibilidad del ojo situado). Precisamente porque nacimos cerca de tal estrella, esta parte del espectro de radiación electromagnética es percibida directamente por nuestros sentidos.

La radiación en el rango óptico surge, en particular, cuando los cuerpos se calientan ( radiación infrarroja también llamado térmico) debido al movimiento térmico de átomos y moléculas. Cuanto más se calienta el cuerpo, mayor es la frecuencia en la que se encuentra el máximo de su espectro de radiación. Con cierto calentamiento, el cuerpo comienza a brillar en el rango visible (incandescencia), primero rojo, luego amarillo, y así sucesivamente. Por el contrario, la radiación del espectro óptico tiene un efecto térmico sobre los cuerpos.

La radiación óptica se puede crear y registrar en reacciones químicas y biológicas. Uno de los mas famosos reacciones químicas, que son el receptor de la radiación óptica, se utiliza en fotografía. La fuente de energía para la mayoría de los seres vivos en la Tierra es la fotosíntesis, una reacción biológica que ocurre en las plantas bajo la influencia de la radiación óptica del sol.

2. Radiación electromagnética de los teléfonos móviles

La radiotelefonía celular es hoy en día uno de los sistemas de telecomunicaciones de más intenso desarrollo. Los principales elementos del sistema de comunicación celular son las estaciones base (BS) y los radioteléfonos móviles (MRT). Las estaciones base mantienen una comunicación por radio con los radioteléfonos móviles, por lo que BS y MRI son fuentes de radiación electromagnética en el rango UHF. Una característica importante del sistema de comunicación por radio celular es el uso muy eficiente del espectro de radiofrecuencia asignado para la operación del sistema, lo que hace posible proporcionar comunicaciones telefónicas a un número significativo de suscriptores. El sistema utiliza el principio de dividir un determinado territorio en zonas, o "células", generalmente con un radio de 0,5 a 10 kilómetros.

Las estaciones base se comunican con radioteléfonos móviles ubicados en su área de cobertura y operan en el modo de recibir y transmitir una señal. Dependiendo del estándar, las BS emiten energía electromagnética en el rango de frecuencia de 463 a 1880 MHz. Las antenas BS se instalan a una altura de 15 a 100 metros del suelo en edificios existentes o en mástiles especialmente construidos.

Según los requisitos tecnológicos para construir un sistema de comunicación celular, el patrón de antena en el plano vertical se calcula de tal manera que la energía de radiación principal (más del 90%) se concentra en un "haz" bastante estrecho. Siempre se dirige lejos de las estructuras en las que se encuentran las antenas de BS y por encima de los edificios adyacentes, lo cual es condición necesaria para el normal funcionamiento del sistema.

Un radioteléfono móvil (MRT) es un pequeño transceptor. Dependiendo del estándar del teléfono, la transmisión se realiza en el rango de frecuencia 453 - 1785 MHz. La potencia de radiación MRI es un valor variable que depende en gran medida del estado del canal de comunicación "radioteléfono móvil - estación base", es decir, cuanto mayor sea el nivel de la señal BS en el lugar de recepción, menor será la potencia de radiación MRI. La potencia máxima está en el rango de 0,125 a 1 W, pero en una situación real no suele superar los 0,05 a 0,2 W.

3. Descubrimiento de Michael Faraday

La siguiente declaración de Faraday se remonta a 1854: "Estoy seguro de que la verdad sobre esta vida no puede obtenerse ni siquiera por la manifestación más incomparable de la sabiduría humana. No se revela a través de nuestra propia mente, sino gracias a la fe elemental en la evidencia. dado a nosotros". A juzgar por lo perfectos y sorprendentes en su simplicidad que fueron sus experimentos, podemos decir que Faraday sirvió a la ciencia en literalmente fielmente.

Michael Faraday fue famoso durante su vida y predijo el desarrollo del pensamiento científico durante muchas décadas por venir. Fue una figura tan controvertida que sus alumnos y seguidores consideraron que sus brillantes descubrimientos eran el resultado de una educación insuficiente y desconfiaban de la precisión de sus experimentos debido a la "extrañeza" del carácter del científico. Tal vez haya algo de verdad en esto: yendo a la ciencia a su manera especial, en completa contradicción con la cosmovisión científica prevaleciente, Faraday a menudo encontró patrones y vio relaciones mutuas donde nadie antes que él las reconoció y no pudo ver...

Michael Faraday le dio al mundo inventos tan ingeniosos como la inducción electromagnética, que es la base de la producción de electricidad, un motor eléctrico, un transformador y muchos otros dispositivos que todavía usamos hoy.

Te hablaré de un aparato que inventó a mediados del siglo XIX. Esta es la llamada jaula de Faraday.

El funcionamiento del dispositivo se basa en la capacidad de los electrones en una capa eléctricamente conductora cerrada, cuando entran en un campo eléctrico, para adquirir una carga que compense los efectos de los campos externos. Así, las paredes de la celda protegen el espacio interior de los efectos de las radiaciones electromagnéticas externas.

Tal jaula de Faraday puede incluso proteger a una persona de una descarga eléctrica. Pero en el orden inverso, la radiación generada dentro de la jaula de Faraday no saldrá si la conviertes en una capa conductora en su interior. Así, estamos, por ejemplo, protegidos de la radiación de un horno microondas cuando estamos cerca de él durante su funcionamiento.

¿Por qué este dispositivo se llama célula?

Porque los primeros se realizaron con una jaula de metal. E incluso hoy en día, los diseños industriales se hacen y parecen una jaula de metal hecha de materiales que conducen bien la electricidad. Su eficiencia y potencia dependen del grosor del material del que está hecho y de la relación entre el tamaño de la abertura y la longitud de onda del campo externo que actúa.

Jaula de Faraday - principio de funcionamiento

¡Todo lo ingenioso es simple! Entonces, el principio de funcionamiento de este dispositivo es muy simple: cuando una jaula de Faraday se expone a un campo eléctrico, los electrones libres dentro del material del que está hecha comienzan a moverse, juntándose de cierta manera. Como resultado, las paredes opuestas de la celda reciben cargas opuestas, creando un nuevo campo, que tiene la dirección opuesta a la externa. Este nuevo campo compensa el efecto del campo electromagnético externo, lo que significa que no hay ruido eléctrico ni campo eléctrico en el interior de la celda.

Este método de reflexión o blindaje funciona solo cuando se expone a campos eléctricos y campos magnéticos alternos, que también son generados por ellos. Este dispositivo no podrá proteger contra un campo magnético estático.

¿Para qué sirve?

Se utiliza principalmente en la industria para proteger equipos de radiaciones electromagnéticas no deseadas. Por ejemplo, al instalar tomógrafos médicos. Muy utilizado en laboratorios donde es necesario realizar mediciones de alta precisión y reducir el impacto del ruido electromagnético. En el uso industrial, suelen participar especialistas que pueden calcular correctamente todos los parámetros de la celda.

En la vida cotidiana, las propiedades de esta invención se recomiendan con mayor frecuencia para proteger todo tipo de dispositivos electrónicos(teléfonos móviles, tabletas, etc.) de ser dañados por radiación electromagnética o impulso (onda). Esta onda puede ser causada por algún fenómeno natural, como las erupciones solares.

Algunos de ellos incluso construyen sus propias casas, que son "jaulas de Faraday", para protegerse completamente de la posible influencia de la radiación electromagnética. Puede ver un ejemplo de una casa de este tipo en la imagen de arriba. En una vivienda, su dueño podrá sobrevivir a cualquier cataclismo con seguridad. Este tema es especialmente popular entre las personas que temen todo tipo de radiación y su impacto en la salud, así como entre quienes creen en una catástrofe global y se preparan para sobrevivir después de ella.

Capítulo Yo . parte práctica

1. Hacer una jaula de Faraday

La opción más simple para hacer una jaula de Faraday con sus propias manos puede ser cualquier objeto con una caja sellada, una capa exterior conductora de electricidad y una capa interior no conductora.

Literalmente, cualquier artículo del hogar que se pueda cerrar puede convertirse en un artículo de este tipo. La forma puede ser muy diferente: una caja, un cilindro, una esfera, en general, cualquier cosa. La parte interna debe estar hecha de cualquier material que no conduzca la electricidad: cartón, papel, madera, plástico, etc. Por lo tanto, la forma más fácil es tomar un objeto de metal ya hecho e insertar una capa no conductora en el interior o, por el contrario. , tome un objeto de una capa no conductora y envuelva sus partes exteriores con una capa conductora (por ejemplo, papel de aluminio). Incluso si solo envuelve su dispositivo en papel de aluminio, ya será la jaula de Faraday más simple, hecha por usted mismo.

¡Nota! Las más efectivas son las jaulas de fabricación propia hechas de estructuras de madera con mallas de cobre o aluminio. Si decide montar la jaula de Faraday a partir de un objeto de metal ya terminado, asegúrese de que la tapa y la caja tengan un buen contacto, lo que brinda una protección confiable contra la penetración de radiación en el interior. Y también que el artículo sea de metal galvanizado.

También puede hacer una jaula de Faraday con un bote de basura de metal común, una caja de metal o un cubo sin esmaltar con tapa, simplemente colocando la superficie interior con cartón.

Aquí hay una vieja caja de herramientas que puede ser una gran base para este dispositivo.

¿Puede una celda tener agujeros?

Si estos agujeros son relativamente pequeños en relación con la longitud de onda, entonces sí, puede tener agujeros. Por ejemplo, para una onda a 1 GHz es 0,3 m en el espacio libre, por lo que si el agujero en la celda es menor que este valor, ¡todo está bien! Por lo tanto, a menudo se construyen celdas a partir de la cuadrícula.

¿Qué hacer con la puerta?

Si va a construir una jaula grande con una puerta o espacios entre la tapa y la base, es posible que ingrese una pequeña cantidad de radiación electromagnética a la jaula. Por lo tanto, es mejor para este tipo de construcción usar cinta o material en las costuras que conduzca la electricidad y al mismo tiempo cierre la costura.

¿Qué se puede utilizar de medios improvisados?

Se le permite usar cualquier cosa que vea en su casa siempre que esté hecha de materiales conductores. Hay muchos ejemplos:

botes de basura de metal;

baldes;

cajas;

cajas;

carcasas de microondas, etc.

¿Es necesario poner a tierra la estructura?

Todavía no hay consenso sobre si la jaula de Faraday debe conectarse a tierra o no.

Pero depende de muchos factores: tamaños, dónde y para qué se usará, etc. Pero las reglas generales son las siguientes: las estructuras pequeñas no necesitan estar conectadas a tierra, pero para las grandes es necesario hacerlo.

En una jaula grande, puede ocurrir radiación electromagnética, que puede dañar a una persona si toca accidentalmente un dispositivo en funcionamiento. Mientras que en una celda pequeña, la radiación es pequeña.

Por lo tanto, antes de pensar en el diseño, estudie cuidadosamente las recomendaciones para la puesta a tierra.

¿Cómo comprobar el funcionamiento de la jaula de Faraday?

Puede colocar una radio que funcione en el interior con algún tipo de canal FM fuerte encendido. Si después de cerrar la jaula aún puede escuchar la radio, entonces no está lo suficientemente cerrada.

O puede poner un teléfono móvil dentro e intentar llamarlo. Si el teléfono está fuera del área de recepción, entonces el celular está funcionando bien.

Así que ya sabes qué es, para qué sirve y cómo hacer una jaula de Faraday con tus propias manos. Ya sea que esté comprando una jaula prefabricada o decida hacer la suya propia, asegúrese de que el tamaño se ajuste a sus necesidades para que pueda colocar lo que quiera en ella. Si es necesario para realizar experimentos científicos o para proteger la electrónica de los efectos de la radiación electromagnética, no es tan importante. Siempre puedes hacer fácilmente tu propia jaula de Faraday con herramientas manuales.

2. Cálculo teórico del material absorbente para el público

Elijo una caja y material conductor para un futuro modelo simple de una jaula de Faraday.

1. Una caja de dieléctrico (polipropileno) de un videocaseteVHS.

2. Un rollo de papel de aluminio conductor de calidad alimentaria.

Realizo un montaje tecnológico del modelo con pegamento.. Estoy haciendo pruebas de celular.

A. Primero hago una llamada al teléfono, que está en una caja cerrada. Está fuera del alcance de la red.

B. Entonces trato de hacer una llamada desde el teléfono, que está en una caja cerrada. El teléfono externo no responde en absoluto.

Cálculo de consumibles para el aula de física:

Longitud - 6 m; ancho - 5 m; altura - 3 m; superficie total - 126 m 2 (techo, suelo, cuatro paredes);

Penofol: 4 rollos (30 m 1,2 m 4 mm) - 8120 rublos;

Paneles de yeso - 25 hojas (1,2 m 3,0 m) - 8850 rublos (excluyendo piso y ventanas de doble acristalamiento);

Lenóleo 30 m 2 - 4800 rublos;

Papel tapiz o papel tapiz fotográfico;

tornillos autorroscantes para paneles de yeso;

Masilla e imprimación para paredes y cinta de refuerzo.

El precio total es de 21770 rublos.

Conclusión

Estudió el principio de funcionamiento de la jaula de Faraday. El funcionamiento del dispositivo se basa en la capacidad de los electrones en una capa eléctricamente conductora cerrada para adquirir una carga cuando entran en un campo eléctrico;

Hizo un modelo de una jaula de Faraday. Esta caja es de superficie no conductora y de aluminio. Descubrí que el dispositivo retrasa la radiación electromagnética;

También calculé el costo del material para la clase en la que se realizará el examen. Tomó materiales tan básicos como paneles de yeso y penofol. Costos financieros: 21770 rublos. Kudryavtsev P. S. Faraday. - M., 1969.

Radovsky M. I. Mikhail Faraday. Ensayo bibliográfico. - M., 1946.

Radovsky M. I. Faraday. - M., 1936.

faraday m Estudios experimentales en electricidad Per del inglés. EA Chernysheva y Ya.R. Schmidt - Chernysheva. - Academia de Ciencias de la URSS. 1947.

Aplicaciones

Hacer una jaula de Faraday

Prueba de la jaula de Faraday

En 1836, cierto científico inglés Michael Faraday realizó un experimento muy curioso e informativo. De acuerdo con sus instrucciones, se cubrió una gran jaula de madera con hojas de papel de hojalata (staniole). Luego se aisló de la superficie de la tierra y se cargó fuertemente con la ayuda de la diferencia de potencial de tal diseño con la tierra, era tan fuerte que cuando los cuerpos conectados a la superficie de la tierra se acercaban, saltaban chispas de su superficie exterior. No es de extrañar que esta jaula de Faraday inspirara miedo en muchos testigos presenciales. El propio físico inglés estaba dentro de su estructura, sosteniendo un electroscopio muy sensible en sus manos.

¿Qué reveló la jaula de Faraday?

Durante la prueba, un dispositivo completamente funcional mostró en manos de un físico la ausencia total de carga eléctrica. Y esto significa que dicha estructura puede usarse efectivamente como escudo protector. Más tarde se descubrió que la capacidad de una pantalla de este tipo para neutralizar la radiación electromagnética depende en gran medida del grosor de su material, la profundidad del efecto de la superficie y la relación entre el tamaño de las aberturas y la longitud de las ondas actuantes. Por lo tanto, permitió a las personas encontrar una manera de proteger los equipos sensibles y la salud humana de efectos dañinos poderoso Esta propiedad ha sido ampliamente utilizada en la práctica, y es difícil imaginar qué le habría pasado a la humanidad si no fuera por el ingenio y el coraje de un valiente físico.

¿Cómo funciona una jaula de Faraday?

Cuando una capa eléctricamente conductora cerrada entra en un campo eléctrico, comienza a actuar sobre los electrones libres, como resultado de lo cual los lados opuestos de dicha estructura adquieren cargas, que a su vez crean un campo que compensa completamente la influencia externa. Cabe señalar que la jaula de Faraday solo puede proteger contra un campo eléctrico. Y el campo magnético, siempre que sea estático, penetra libremente en el interior. Por lo tanto, la brújula dentro de dicho diseño funcionará correctamente. En el caso de un campo eléctrico dinámico, sucede lo siguiente: crea un campo magnético dinámico, que, de acuerdo con las leyes de la física, genera su propio campo eléctrico cambiante, lo que impide la creación de un campo magnético dentro de dicha pantalla.

Jaulas de Faraday modernas

En la actualidad, el fenómeno descubierto por el físico inglés se utiliza para cabinas de radiofrecuencia, salas blindadas, cajas de RF. Dichos locales se usan ampliamente donde sea necesario proteger a una persona de un campo eléctrico. En la actualidad se suele utilizar una fina malla metálica o láminas de acero perforado como material conductor de la electricidad, y las propias estructuras deben estar conectadas a tierra para disipar cualquier Corrientes eléctricas, que pueden aparecer por la radiación externa.
Además, la jaula de Faraday es muy utilizada para todo tipo de pruebas de equipos informáticos, componentes electrónicos, etc. Incluso existen kits especiales de blindaje individual, y algunas empresas ofrecen blindar a las personas fuera de sus apartamentos para mayor seguridad.

Oculte su teléfono celular o teléfono inteligente del mundo bloqueando las frecuencias de radio entrantes y salientes con Faraday Pocket. Estuches y bolsos similares ya han aparecido a la venta en tiendas para geeks y en Kickstarter bajo el lema "Proteger los datos contra la piratería". Embalado en un estuche similar, su dispositivo ya no es detectable para ningún WiFi, GPS, Bluetooth, GLONASS y para el propio proveedor de servicios de comunicación, es decir, el operador.

Además, dicho bolsillo es una excelente manera de "conectar" instantáneamente su teléfono cuando sea necesario: por ejemplo, si está en una sala de cine, en una emboscada (broma) o simplemente quiere detener las llamadas molestas de cierta persona.

Para hacer esto, solo necesita forrar el bolsillo de sus pantalones (u otra ropa adecuada) con una tela especial con un tejido fino de metal, y el bolsillo podrá reflejar cualquier señal entrante y absorber energía. El efecto de proteger algo a través de un tejido conductor también se denomina "Jaula de Faraday" (en honor al científico que inventó la jaula, Michael Faraday), de donde proviene el nombre de bolsillos, bolsos, estuches.

Para coser algo similar con tus propias manos, solo escupe. Además, para mentes curiosas, es divertido experimento científico con un campo eléctrico. La tela conductora es fácil de encontrar a la venta en Runet. Elija ripstop (tela reforzada) con tejido de níquel/cobre: ​​esta tela tiene un índice de protección alto y es la más fácil de trabajar. Y recuerda que para el efecto deseado, la capa tejido similar No tiene que ser grueso, lo que facilita las cosas.

1. Elige un par de pantalones que no te importe rehacer. No tienes que cortar la ropa, para no arruinarla: elige las que usas con más frecuencia, o simplemente cose los bolsillos de varios pares de esta manera. Para algunos, será importante cubrir ambos bolsillos con tela conductora, pero recuerde que también necesita un lugar regular para llevar un teléfono móvil que funcione normalmente.

2. Damos la vuelta a los pantalones, enderezamos un bolsillo y colocamos el borde de la tela conductora debajo. Es óptimo que el bolsillo se ajuste por completo, desde las costuras que lo sujetan a los pantalones hasta las costuras inferiores del propio bolsillo. Con un marcador de tela o cualquier otra cosa (desde un bolígrafo hasta un crayón o una barra de jabón puntiaguda), trace el bolsillo en la tela conductora.

3. Sacamos la tela, la doblamos para obtener 2 capas de material en el área rodeada por un círculo, cortamos la tela con alfileres en este lugar y cortamos 2 lados para el bolsillo, con márgenes alrededor de todo el perímetro de 1.5- 2 centímetros

4. Sacamos los pasadores, colocamos una parte recortada del material a cada lado del bolsillo, cubriendo completamente este último con un paño conductor. Con alfileres, unimos ambas capas de tela y el bolsillo para que todo quede perfectamente donde debe estar.

5. Llenamos la máquina de coser con hilos fuertes comunes y establecemos la longitud de paso más pequeña (promedio máximo) de la costura recta habitual. A lo largo del perímetro con una muesca desde el borde de 1,5-2 cm, cosimos los bordes del bolsillo y ambas piezas de tela conductora, donde sea posible. El resto, difícil de alcanzar, cosimos los lugares con aguja e hilo manualmente. ¡Desde arriba a través del bolsillo! ¡También cosimos el bolsillo de principio a fin! es decir, coser las 4 capas juntas: 2 lados del bolsillo y la parte superior de 2 piezas de tela conductora, dejando solo un pequeño orificio para poner y sacar el teléfono (pero también hazlo sin mucha dificultad, porque puedes rasgar el bolsillo con los dedos).

Se pueden dejar pequeños agujeros en un bolsillo, estuche o bolsa de Faraday, siempre que sean pequeños en relación con la longitud de la onda electromagnética incidente. Por ejemplo, una onda de 1 GHz tiene una longitud de 0,3 metros en el espacio libre. Y siempre que el agujero sea significativamente más pequeño que este tamaño (por ejemplo, unos pocos milímetros), no se perderá un gran número de ola cayendo Por lo tanto, el orificio dejado en el bolsillo para el teléfono debe estar cerrado, por ejemplo, con cinta aislante conductora, o puede, mientras cose en pares su capa de tela y un lado del bolsillo, coser Velcro dentro del bolsillo a lo largo de todo ancho del agujero desde arriba. Pero no se puede coser ni pegar, porque en los jeans, por ejemplo, una tela tupida mantendrá unidos los bordes del bolsillo.

Para obtener los mejores resultados, el teléfono en su bolsillo siempre debe estar completamente cubierto con un paño conductor. Pero meten la mano en un bolsillo sin velcro o simplemente se inclinan / se sientan, y eso es todo, la señal comenzará a pasar nuevamente.

Bolsa/estuche

Con respecto a los agujeros y la confiabilidad, es mucho mejor por analogía (tela conductora más tela densa solo para hacer que la carcasa sea fuerte) coser para cualquiera de sus dispositivos, ya sea un teléfono inteligente o una tableta, una funda o bolsa con velcro, pasando todo el borde abierto desde todos los lados.