Faradayev kavezni mrežni uzorak. Vlasnik bara u Engleskoj instalirao je Faradayev kavez kako bi blokirao mobilnu komunikaciju u objektu. U svijetu zabave

Briljantni znanstvenik i izumitelj 19. stoljeća, Michael Faraday, poznat je po svom aktivnom radu s elektricitetom, elektromagnetskim poljem i srodnim fizikalnim fenomenima. Jedno od najznačajnijih otkrića bila je zaštitna struktura nazvana Faradayev kavez. U nastavku ćemo razumjeti što je to i kakvu praktičnu vrijednost predstavlja izum.

Što je Faradayev kavez

Faradayev kavez je kutija sa stijenkama od dobro vodljivog metala. Dizajn ne zahtijeva vanjski priključak za napajanje, ali je u pravilu uzemljen. Fizikalni učinak stanice očituje se pod utjecajem vanjskog čimbenika, a to je elektromagnetsko zračenje.

Prvi konstrukti koji su demonstrirali učinak zaštite izgledali su poput obične ćelije, što je i dalo ime ovom fenomenu. Zapravo, žičane ili perforirane stijenke "kutije" pogodne su za vizualnu kontrolu predmeta ili uređaja koji se nalaze unutar zatvorenog prostora, ali se lako mogu zamijeniti čvrstim. Glavna stvar je da je materijal vodljiv.

Princip rada

Djelovanje Faradayeva kaveza temelji se na činjenici da se naboj, kada uđe u vodič, raspoređuje po njegovoj površini, dok unutrašnjost ostaje neutralna. Zapravo, cijela ćelija, koja se sastoji od vodljivog materijala, jedan je vodič, čiji "krajevi" dobivaju suprotan naboj. Rezultirajuća električna struja stvara polje koje kompenzira vanjske utjecaje. Jakost električnog polja u unutarnjem dijelu takve strukture jednaka je nuli.

Zanimljivo, ako je polje generirano unutar ćelije, tada učinak također djeluje. Međutim, u ovom scenariju, naboj će biti raspoređen preko unutarnje površine rešetke ili druge vodljive ravnine i neće moći prodrijeti van.

U engleskoj terminologiji CF zvuči kao "Faradayev štit", odnosno "Faradayev štit / zaslon". Ovaj koncept dobro prenosi bit uređaja, koji, poput štita ili zaštitnog zaslona, ​​odbija zrake koje utječu na njegov sadržaj.

Treba imati na umu da zaštitni učinak djeluje samo na izmjenično magnetsko polje. Ne ometa stalni ili malo promjenjivi magnetski učinak, na primjer, prirodni magnetski potencijal Zemlje.

Da bi se utvrdilo hoće li Faradayeva komora reflektirati visokofrekventno zračenje, dovoljno je znati veličinu ćelija mreže (ako je vodljivi dio izrađen u obliku kaveza) i valnu duljinu vala koji djeluje. Konstrukcija je učinkovita ako je druga vrijednost veća od prve.

Područja primjene CF efekta

Učinak koji je otkrio Faraday nema samo znanstveno značenje, već i prilično široko praktičnu upotrebu. Najjednostavniji primjer Faradayeva kaveza može se naći u svakodnevnom životu, prisutan je u gotovo svakoj kuhinji - ovo je mikrovalna pećnica. Pet stijenki njegovog tijela izrađeno je od prilično debelih čeličnih ploča, a između dva sloja stakla vrata nalazi se metalni sloj s perforacijama za bolju preglednost.

RF kabina

Radiofrekvencijska kabina je prostorija izolirana od djelovanja električnog, magnetskog i radio zračenja, obično male površine. Njegovi zidovi, pod i strop opremljeni su visoko vodljivim rešetkama koje tvore zatvoreni, ali nevidljivi kavez.

MRI sobe

Oprema visoke preciznosti kao što je medicinski tomograf za dijagnostiku magnetskom rezonancijom zahtijeva pažljivu zaštitu od vanjskih elektromagnetskih valova. Najmanji utjecaj treće strane može utjecati na rezultat studije, tako da je soba u kojoj se nalazi MRI jedinica potpuno zaštićena.

Laboratoriji

NA laboratorijska istraživanja da biste dobili točne rezultate, važno je ne samo koristiti naprednu opremu, već i pouzdano je zaštititi od vanjskih čimbenika kao što su magnetska i električna polja.

Treba imati na umu da se ovdje ne misli samo na usmjereno zračenje iz određenih izvora, već i na elektromagnetski šum koji je stalno prisutan u atmosferi, posebice u naseljima i njihovoj blizini.

Za visokokvalitetnu zaštitu opreme s CF efektom potrebni su specijalizirani projektni izračuni i profesionalna montaža.

Zaštitna odijela

Za ljude koji rade u područjima s velikom vjerojatnošću strujnog udara razvijena su posebna odijela. Njihov gornji sloj izrađen je od tkanine koja sadrži metal i odvojen je od tijela izolacijskim materijalom. U slučaju zaostale statičke ili električne struje, naboj teče niz vanjsku ljusku kompleta.

Zaštitna odjeća nezamjenjiva je pri radu s visokonaponskim vodovima. Čak i bez napona, zadržavaju opasnu razinu statičkog naboja zbog mnogo kilometara električnih žica.

U svijetu zabave

CF efekt, šareno prikazan na pozornici, vrlo je spektakularan. U ovom slučaju često se ne koristi jednostavan kavez, već naizgled bestežinska školjka od grube mreže ili čak posebno dizajnirano odijelo koje nalikuje običnoj odjeći. U ovom slučaju, struja se dovodi što je moguće učinkovitije, na primjer, pomoću Teslinih zavojnica ili sličnih uređaja koji stvaraju naboj iz elektrostatskog generatora.

Izrada Faradayeva kaveza vlastitim rukama

U svakodnevnom životu, proizvodnja domaćeg CF-a može biti potrebna da se "sakriju" uređaji od djelovanja raznih valova koji mogu uzrokovati smetnje u osjetljivom elektroničkom "punjenju".

Primjer takvog dizajna je kutija od šperploče završena na određeni način. Budući da šperploča djeluje kao izolacijski sloj, mora biti savršeno čista i suha. Kutiju možete sastaviti vlastitim rukama ili je uzeti spremnu - glavna stvar je da se sastavlja bez upotrebe čavala ili drugih metalnih spojnica. Montaža se provodi u nekoliko faza:

1. Folija za hranu je podijeljena na segmente, prema veličini zidova od šperploče ili njihovih praznina.
2. Površine buduće kutije s vani obrubljena folijom. U tom slučaju, njegova sjajna strana treba biti okrenuta prema van.
3. Stjenke su s unutarnje strane pričvršćene ljepljivom trakom, a na dno kutije postavljen je par podloga za miša.
4. Pažljivo se provjerava da u zatvorenom položaju poklopca sloj folije tvori kontinuiranu ljusku, bez i najmanjih razmaka i pukotina.

Druga opcija pretpostavlja da je osnova Faradayeva kaveza vlastitim rukama metalni spremnik (tava, kutija, kutija itd.), Unutar koje je izolacija izrađena od kartona, iste šperploče ili drugog materijala. Uvjet dobrog prianjanja poklopca za ovaj dizajn nije ništa manje važan nego za gore opisani.

Trebam li napraviti uzemljenje

Ne postoji konsenzus o potrebi uzemljenja CF-a. Obvezno je uzemljiti velike strukture i one koje mogu biti pogođene posebno jakim električnim pražnjenjem.

Uzemljenje, naravno, štiti od hitnih situacija kada akumulirani jaki naboj može "probiti" zrak i pogoditi obližnji objekt ili osobu.

Testiranje domaćeg Faradayeva kaveza

Za testiranje principa Faradayeva kaveza u praksi najprikladnije je koristiti kompaktni radio na baterije. Trebao bi biti uključen na najvećoj glasnoći i podešen na najjači dostupni FM kanal. Ako ćelija radi, radio u njoj bit će utišan.

Ako je prijemnik barem malo, ali čujan, tada nije bilo moguće postići stopostotni ekran i trebali biste potražiti praznine u vodljivom sloju.

Prikladno za testiranje fotoaparata i mobilnog telefona koje ste sami sklopili. Kada uđe unutra, prestat će primati signale s baznih stanica, odnosno kada ga nazovete, čut ćete odgovarajuću poruku od automatskog dojavljivača mobilnog operatera.

Michael Faraday bio je poznati engleski eksperimentalni znanstvenik koji je svijetu dao tako genijalne izume kao što su elektromagnetska indukcija, na kojoj se temelji proizvodnja električne energije, elektromotor, transformator i mnogi drugi uređaji koje i danas koristimo.

Ali danas ćemo govoriti o uređaju koji je izumio sredinom 19. stoljeća. To je takozvani Faradayev kavez.

Rad uređaja temelji se na sposobnosti elektrona u zatvorenoj elektrovodljivoj ljusci da, kada uđu u električno polje, steknu naboj koji kompenzira učinke vanjskih polja. Tako stanične stijenke štite prostor iznutra od vanjskih utjecaja. elektromagnetska radijacija.

Takav Faradayev kavez može čak zaštititi osobu od električnog pražnjenja. Ali obrnutim redoslijedom, zračenje koje se stvara unutar Faradayeva kaveza neće izaći van ako ga napravite vodljivim slojem unutra. Stoga smo, primjerice, zaštićeni od zračenja mikrovalne pećnice kada se nalazimo u njenoj blizini tijekom njezina rada.

Zašto se ovaj uređaj naziva ćelija?

Neki od njih čak grade svoje kuće, koje su "Faradayevi kavezi", kako bi se potpuno zaštitili od mogućeg utjecaja elektromagnetskog zračenja. Primjer takve kuće možete vidjeti na gornjoj slici. U stanu će njegov vlasnik sigurno preživjeti svaku kataklizmu. Ova tema posebno je popularna među ljudima koji se boje svih vrsta zračenja i njihovog utjecaja na zdravlje, kao i među onima koji vjeruju u globalnu katastrofu i spremaju se preživjeti nakon nje.

Faradayev kavez - kako ga napraviti od improviziranih sredstava?

Najjednostavnija opcija za izradu Faradayeva kaveza vlastitim rukama može biti bilo koji predmet sa zapečaćenom kutijom, električnim vodljivim vanjskim slojem i nevodljivim slojem iznutra.

Doslovno svaki kućni predmet koji se može zatvoriti može postati takav predmet. Oblik može biti vrlo različit: kutija, cilindar, kugla - općenito, bilo što. Unutarnji dio mora biti izrađen od bilo kojeg materijala koji ne provodi električnu struju: kartona, papira, drveta, plastike itd. Stoga je najlakši način uzeti gotov metalni predmet i umetnuti neprovodljivi sloj unutra ili, obrnuto, uzeti predmet od nevodljivog sloja i omotajte njegove vanjske dijelove vodljivim slojem (primjerice folijom). Čak i ako samo omotate svoj uređaj u foliju, to će već biti najjednostavniji Faradayev kavez, koji ste sami napravili.

Bilješka! Najučinkovitiji su kavezi izrađeni sami od drvenih okvira pomoću bakrenih ili aluminijskih mreža. Ako odlučite montirati Faradayev kavez iz već gotovog metalnog predmeta, pobrinite se da poklopac i kutija imaju dobar kontakt, što pruža pouzdanu zaštitu od prodiranja zračenja unutra. I također da je predmet izrađen od pocinčanog metala.

Ovaj Faradayev kavez (prikazana fotografija) napravljen je od obične drvene kutije.

Od obične metalne kante za smeće, metalne kutije ili neemajlirane kante s poklopcem, također možete napraviti Faradayev kavez jednostavnim polaganjem unutarnja površina karton.

Evo jedne stare kutije za alat koja može biti odlična baza za ovaj uređaj.

Može li ćelija imati rupe?

Ako su te rupe relativno male u odnosu na valnu duljinu, onda da, može imati rupe. Na primjer, za val na 1 GHz, valna duljina je 0,3 m u slobodnom prostoru, pa ako je rupa u ćeliji manja od ove vrijednosti, sve je u redu! Stoga, tako često graditi ćelije iz mreže.

Što učiniti s vratima?

Ako namjeravate izgraditi veliki kavez s vratima ili prazninama između poklopca i baze, tada može doći do male količine elektromagnetskog zračenja koja ulazi u kavez. Stoga je za ovakvu konstrukciju najbolje koristiti traku ili materijal na šavovima koji provode struju, a ujedno zatvaraju šavove.

Što se može koristiti od improviziranih sredstava?

Dopušteno vam je koristiti sve što vidite u svom domu sve dok je napravljeno od vodljivih materijala. Postoji mnogo primjera:

• metalne kante za smeće;
• kante;
• kutije;
• kutije;
• kućišta mikrovalne pećnice itd.

Treba li konstrukcija biti uzemljena?

Još uvijek nema konsenzusa o tome treba li Faradayev kavez uzemljiti ili ne.

Ali to ovisi o mnogim čimbenicima - veličini, gdje i za što će se koristiti itd. Ali Opća pravila su sljedeći: nije potrebno uzemljiti male strukture, ali za velike je to potrebno učiniti.

U velikom kavezu može doći do elektromagnetskog zračenja koje može naštetiti osobi ako slučajno dotakne radni uređaj. Dok u mala veličina zračenje stanica je malo.

Stoga, prije razmišljanja o dizajnu, pažljivo proučite preporuke za uzemljenje.

Kako provjeriti rad Faradayeva kaveza?

Možete staviti radio koji radi s uključenim nekim jakim FM kanalom. Ako nakon što zatvorite kavez i dalje čujete radio, onda nije dovoljno čvrsto zatvoren.

Ili možete unutra staviti mobilni telefon i pokušati ga nazvati. Ako je telefon izvan prijemnog područja, mobitel radi dobro.

Dakle, sada znate što je to, čemu služi i kako napraviti Faradayev kavez vlastitim rukama. Bez obzira kupujete li već izrađeni kavez ili se odlučite izraditi vlastiti, pobrinite se da veličina odgovara vašim potrebama kako biste u njega mogli smjestiti što god želite. Je li to potrebno za provođenje znanstvenih eksperimenata ili za zaštitu elektronike od utjecaja elektromagnetskog zračenja nije toliko važno. Uvijek možete lako napraviti svoj Faradayev kavez od ručnog alata.

Naziv tijela Zavod za obrazovanje	Uprava Taimyr Dolgano-Nenets općinskog okruga Odjela za obrazovanje
Naziv obrazovne ustanove	Općinska državna obrazovna ustanova Taimyr "Dudinskaya Secondary School No. 7"
Naziv konferencije	Općinski znanstveno-praktični skup istraživanja i projektantski rad"Zlatno pero"
Vrsta rada	Istraživački rad
Naziv smjera (dionica)	Fizika i matematika
Naziv teme rada	"Faradejev kavez"
PUNO IME Autor	Mastyugin Dmitry Sergeevich, rođen 28. svibnja 2000
Kućna adresa	Dudinka, sv. Dudinskaja, 13, stan 328
Mjesto studiranja	TMK EI "Dudinskaya škola br. 7"
Klasa	9 "B"
znanstveni savjetnik	Prohorov Denis Viktorovič
kontakt broj	8-913-502-24-66

anotacija

U ovom radu razmatram jedan od problema zaštite od elektromagnetskog zračenja kako čovjeka tako i opreme različite namjene. Analizirajući stručnu literaturu, obratio sam pažnju i na model Faradayeva kaveza. I pitao sam se o mogućnosti stvaranja takve ćelije na malom i velikom omjeru.

Postavio hipotezu:

Odredili svrhu rada:

Postavite zadatke:

Kao rezultat toga, proučavao je princip Faradayeva kaveza. Rad uređaja temelji se na sposobnosti elektrona u zatvorenoj elektrovodljivoj ljusci da steknu naboj kada uđu u električno polje.

Izradio model Faradayeva kaveza. Ova kutija je neprovodljiva i ima aluminijsku površinu. Otkrio je da uređaj odgađa elektromagnetsko zračenje.

Sadržaj

Uvod …………………………………………………………………..

3

Teorijski dio …………………………………………………………

4

Poglavlje I. Elektromagnetsko zračenje …………………………………..

4

Fizička suština elektromagnetskog zračenja. Vrste ……

4

Elektromagnetsko zračenje mobitela ………………

5

Otkriće Michaela Faradaya ………………………………………….

6

PoglavljeII. Praktični dio ……………………………………………….

9

Izrada Faradayeva kaveza …………………………………………

9

Teorijski proračun upijajućeg materijala za publiku

11

Zaključak …………………………………………………………………….

12

Bibliografija …………………………………………………………

13

Prijave ………………………………………………………………..

14

Uvod

Ponekad sam primijetio da u nekim sobama stanična veza počinje slabiti ili čak potpuno nestaje. Zaintrigiran ovim pitanjem, počeo sam proučavati uzroke te pojave. Ispostavilo se da takozvani Faradayev kavez uzrokuje takav učinak.

Hipoteza: je li realno pripremiti publiku za ispite na način da se ne bi moglo koristiti internetom tijekom ispita, ako ste još uspjeli unijeti komunikacijsku opremu u kabinet.

Cilj: izvršiti tehnički proračun materijala koji je potreban za opremanje gledališta.

Radni zadaci:

1) Otkriti bit pojma elektromagnetskog zračenja;

2) Proučiti princip rada Faradayeva kaveza;

3) Napraviti model Faradayeva kaveza;

4) Stečeno znanje primijeniti u dizajnu.

Predmet proučavanja - elektromagnetska radijacija.

Predmet proučavanja - sposobnost materijala da odgode elektromagnetsko zračenje.

Tehnike i metode istraživanja:

Proučavanje tehničke literature;

Proučavanje izvora na internetu;

Izrada Faradayeva kaveza;

Kalkulacija potrošni materijal.

Teorijski dio

Poglavlje I. Elektromagnetsko zračenje

1. Fizička suština elektromagnetskog zračenja. Vrste

Na čovjeka u procesu života djeluju prirodna magnetska polja (zemljino magnetsko polje, radioemisija Sunca, atmosferski elektricitet), kao i umjetna elektromagnetska polja. Ako je prirodno elektromagnetsko polje ostalo praktički konstantno tisućljećima, onda je razina umjetnih elektromagnetskih polja dramatično porasla u posljednjim desetljećima.

Izvori umjetnih elektromagnetskih polja su: elektromagnetska polja niskofrekventnog područja koja se koriste u industrijska proizvodnja visokofrekventna polja (radio komunikacija, TV, radiodifuzija); mikrovalna elektromagnetska polja (radar, navigacija, medicina, mobilne komunikacije).

Vrste elektromagnetskog zračenja

Elektromagnetsko zračenje obično se dijeli na frekvencijska područja. Nema oštrih prijelaza između raspona, ponekad se preklapaju, a granice između njih su uvjetne. Budući da je brzina širenja zračenja konstantna, frekvencija njegovih oscilacija je usko povezana s valnom duljinom u vakuumu.

Radio valovi - elektromagnetsko zračenje s valnim duljinama od 5 × 10-5 - 1010 metara i frekvencijama, odnosno, od 6 × 1012 Hz i do nekoliko. Radio valovi se koriste za prijenos podataka u radio mrežama. Radio valovi nastaju kada kroz vodiče teče izmjenična struja odgovarajuće frekvencije. Obrnuto, elektromagnetski val koji prolazi prostorom pobuđuje njemu odgovarajuću izmjeničnu struju u vodiču. Ovo se svojstvo koristi u radiotehnici pri projektiranju antena. Grmljavinske oluje su prirodni izvor valova u ovom rasponu.

Optičko područje spektra sastoji se od vidljivog, infracrvenog i ultraljubičastog zračenja. Odabir takvog područja posljedica je ne samo blizine odgovarajućih dijelova spektra, već i sličnosti instrumenata koji se koriste za njegovo proučavanje i koji su se povijesno razvili uglavnom u proučavanju vidljive svjetlosti (leće i zrcala za fokusiranje zračenja , prizme, difrakcijske rešetke, interferencijski uređaji za proučavanje spektralnog sastava zračenja i dr.).

Frekvencije valova u optičkom području spektra već su usporedive s vlastitim frekvencijama atoma i molekula, a njihove duljine usporedive su s dimenzijama molekula i međumolekulskim udaljenostima. Zbog toga na ovom području postaju značajne pojave uzrokovane atomističkom strukturom materije. Iz istog razloga, uz valna svojstva, pojavljuju se i kvantna svojstva svjetlosti.

Najpoznatiji izvor optičkog zračenja je Sunce. Njegova površina (fotosfera) zagrijana je na temperaturu od 6000 stupnjeva i sjaji jarko bijelom svjetlošću (maksimum kontinuiranog spektra sunčevog zračenja nalazi se u "zelenom" području od 550 nm, gdje je i maksimalna osjetljivost oka nalazi se). Upravo zato što smo rođeni u blizini takve zvijezde, ovaj dio spektra elektromagnetskog zračenja izravno percipiramo našim osjetilima.

Zračenje u optičkom području nastaje, posebno, kada se tijela zagrijavaju ( infracrveno zračenje naziva se još i toplinski) zbog toplinskog kretanja atoma i molekula. Što je tijelo jače zagrijano, to je veća frekvencija na kojoj se nalazi maksimum njegovog spektra zračenja. Određenim zagrijavanjem tijelo počinje svijetliti u vidljivom području (užarenost), prvo crveno, zatim žuto i tako dalje. Obrnuto, zračenje optičkog spektra ima toplinski učinak na tijela.

Optičko zračenje se može stvoriti i registrirati u kemijskim i biološkim reakcijama. Jedan od najpoznatijih kemijske reakcije, koji su prijemnik optičkog zračenja, koristi se u fotografiji. Izvor energije za većinu živih bića na Zemlji je fotosinteza – biološka reakcija koja se odvija u biljkama pod utjecajem optičkog zračenja Sunca.

2. Elektromagnetsko zračenje mobitela

Stanična radiotelefonija danas je jedan od najintenzivnije razvijajućih telekomunikacijskih sustava. Glavni elementi celularnog komunikacijskog sustava su bazne stanice (BS) i mobilni radiotelefoni (MRT). Bazne stanice održavaju radio komunikaciju s mobilnim radiotelefonima, zbog čega su BS i MRI izvori elektromagnetskog zračenja u UHF području. Važna značajka celularnog radiokomunikacijskog sustava je vrlo učinkovito korištenje radiofrekvencijskog spektra dodijeljenog za rad sustava, što omogućava pružanje telefonske komunikacije značajnom broju pretplatnika. Sustav koristi princip podjele određenog teritorija na zone, odnosno "ćelije", obično radijusa od 0,5-10 kilometara.

Bazne stanice komuniciraju s mobilnim radiotelefonima koji se nalaze u području njihove pokrivenosti i rade u načinu primanja i odašiljanja signala. Ovisno o standardu, BS emitiraju elektromagnetsku energiju u frekvencijskom području od 463 do 1880 MHz. BS antene postavljaju se na visini od 15-100 metara od tla na postojeće objekte ili na posebno konstruirane stupove.

Na temelju tehnoloških zahtjeva za izgradnju celularnog komunikacijskog sustava, dijagram antene u okomitoj ravnini izračunava se na takav način da je glavna energija zračenja (više od 90%) koncentrirana u prilično uskom "snopu". Uvijek je usmjerena dalje od objekata na kojima se nalaze BS antene, a iznad susjednih zgrada, tj. nužan uvjet za normalno funkcioniranje sustava.

Mobilni radiotelefon (MRT) mali je primopredajnik. Ovisno o telefonskom standardu, prijenos se odvija u frekvencijskom rasponu 453 - 1785 MHz. Snaga MRI zračenja je varijabilna veličina koja uvelike ovisi o stanju komunikacijskog kanala "mobilni radiotelefon - bazna stanica", odnosno što je viša razina BS signala na mjestu prijema, to je manja snaga MRI zračenja. Maksimalna snaga je u rasponu od 0,125–1 W, ali u stvarnoj situaciji obično ne prelazi 0,05–0,2 W.

3. Otkriće Michaela Faradaya

Sljedeća Faradayeva izjava datira iz 1854. godine: "Siguran sam da se istina o ovom životu ne može dobiti čak ni najneusporedivijom manifestacijom ljudske mudrosti. Ona se ne otkriva kroz naš vlastiti um, već zahvaljujući elementarnoj vjeri u dokaze dano nama." Sudeći po tome koliko su njegovi eksperimenti bili savršeni i iznenađujući u svojoj jednostavnosti, možemo reći da je Faraday služio znanosti u doslovno vjerno.

Michael Faraday bio je poznat još za života i predvidio je razvoj znanstvene misli za mnoga desetljeća. Bio je toliko kontroverzna ličnost da su njegovi učenici i sljedbenici njegova briljantna otkrića smatrali rezultatom nedovoljnog obrazovanja i nisu vjerovali u točnost njegovih eksperimenata zbog "čudnosti" karaktera znanstvenika. Možda u tome ima istine: idući u znanosti na svoj poseban način, u potpunoj suprotnosti s prevladavajućim znanstvenim svjetonazorom, Faraday je često nalazio uzorke i vidio međusobne odnose tamo gdje ih nitko prije njega nije prepoznavao i nije mogao vidjeti...

Michael Faraday dao je svijetu takve genijalne izume kao što je elektromagnetska indukcija, koja je temelj proizvodnje električne energije, električni motor, transformator i mnoge druge uređaje koje i danas koristimo.

Reći ću vam o uređaju koji je on izumio sredinom 19. stoljeća. To je takozvani Faradayev kavez.

Rad uređaja temelji se na sposobnosti elektrona u zatvorenoj elektrovodljivoj ljusci da, kada uđu u električno polje, steknu naboj koji kompenzira učinke vanjskih polja. Dakle, stijenke ćelije štite prostor iznutra od utjecaja vanjskog elektromagnetskog zračenja.

Takav Faradayev kavez može čak zaštititi osobu od električnog pražnjenja. Ali obrnutim redoslijedom, zračenje koje se stvara unutar Faradayeva kaveza neće izaći van ako ga napravite vodljivim slojem unutra. Stoga smo, primjerice, zaštićeni od zračenja mikrovalne pećnice kada se nalazimo u njenoj blizini tijekom njezina rada.

Zašto se ovaj uređaj naziva ćelija?

Jer prvi su izvedeni s metalnim kavezom. I danas se izrađuju industrijski dizajni koji izgledaju kao metalni kavez napravljen od materijala koji dobro provode struju. Njegova učinkovitost i snaga ovise o debljini materijala od kojeg je izrađen, te omjeru veličine otvora i valne duljine vanjskog polja koje djeluje.

Faradayev kavez – princip rada

Sve genijalno je jednostavno! Dakle, sam princip rada ovog uređaja je vrlo jednostavan - kada se Faradayev kavez izloži električnom polju, slobodni elektroni unutar materijala od kojeg je napravljen počinju se kretati, skupljajući se na određeni način. Kao rezultat toga, suprotne stijenke ćelije dobivaju suprotne naboje, stvarajući novo polje, koje ima suprotan smjer od vanjskog. Ovo novo polje kompenzira učinak vanjskog elektromagnetskog polja, što znači da unutar ćelije nema električnog šuma ili električnog polja.

Ova metoda refleksije ili zaštite radi samo kada je izložena električnim poljima i izmjeničnim magnetskim poljima, koja ona također generiraju. Ovaj uređaj neće moći zaštititi od statičkog magnetskog polja.

Čemu služi?

Uglavnom se koristi u industriji za zaštitu opreme od neželjenog elektromagnetskog zračenja. Na primjer, pri ugradnji medicinskih tomografa. Vrlo često se koristi u laboratorijima gdje je potrebno provesti visoko precizna mjerenja i smanjiti utjecaj elektromagnetskog šuma. U industrijskoj uporabi obično su uključeni stručnjaci koji mogu ispravno izračunati sve parametre ćelije.

U svakodnevnom životu svojstva ovog izuma najčešće se preporučuju za zaštitu svih vrsta elektronički uređaji(mobilni telefoni, tableti, itd.) od oštećenja elektromagnetskim zračenjem ili impulsom (val). Ovaj val može biti uzrokovan ili nekim prirodnim fenomenom, poput sunčevih baklji.

Neki od njih čak grade svoje kuće, koje su "Faradayevi kavezi", kako bi se potpuno zaštitili od mogućeg utjecaja elektromagnetskog zračenja. Primjer takve kuće možete vidjeti na gornjoj slici. U stanu će njegov vlasnik sigurno preživjeti svaku kataklizmu. Ova tema posebno je popularna među ljudima koji se boje svih vrsta zračenja i njihovog utjecaja na zdravlje, kao i među onima koji vjeruju u globalnu katastrofu i spremaju se preživjeti nakon nje.

Poglavlje II . Praktični dio

1. Izrada Faradayeva kaveza

Najjednostavnija opcija za izradu Faradayeva kaveza vlastitim rukama može biti bilo koji predmet sa zapečaćenom kutijom, električnim vodljivim vanjskim slojem i nevodljivim slojem iznutra.

Doslovno svaki kućni predmet koji se može zatvoriti može postati takav predmet. Oblik može biti vrlo različit: kutija, cilindar, kugla - općenito, bilo što. Unutarnji dio mora biti izrađen od bilo kojeg materijala koji ne provodi električnu struju: kartona, papira, drveta, plastike itd. Stoga je najlakši način uzeti gotov metalni predmet i unutra umetnuti neprovodljivi sloj ili, obrnuto. , uzeti predmet iz nevodljivog sloja i omotati njegove vanjske dijelove vodljivim slojem (primjerice, folijom). Čak i ako samo omotate svoj uređaj u foliju, to će već biti najjednostavniji Faradayev kavez, koji ste sami napravili.

Bilješka! Najučinkovitiji su kavezi izrađeni sami od drvenih okvira pomoću bakrenih ili aluminijskih mreža. Ako odlučite montirati Faradayev kavez iz već gotovog metalnog predmeta, pobrinite se da poklopac i kutija imaju dobar kontakt, što pruža pouzdanu zaštitu od prodiranja zračenja unutra. I također da je predmet izrađen od pocinčanog metala.

Faradayev kavez možete napraviti i od obične metalne kante za smeće, metalne kutije ili neemajlirane kante s poklopcem, jednostavnim postavljanjem unutarnje površine kartonom.

Evo jedne stare kutije za alat koja može biti odlična baza za ovaj uređaj.

Može li ćelija imati rupe?

Ako su te rupe relativno male u odnosu na valnu duljinu, onda da, može imati rupe. Na primjer, za val na 1 GHz je 0,3 m slobodnog prostora, pa ako je rupa u ćeliji manja od ove vrijednosti, sve je u redu! Stoga, tako često graditi ćelije iz mreže.

Što učiniti s vratima?

Ako namjeravate izgraditi veliki kavez s vratima ili prazninama između poklopca i baze, tada može doći do male količine elektromagnetskog zračenja koja ulazi u kavez. Stoga je za ovakvu konstrukciju najbolje koristiti traku ili materijal na šavovima koji provode struju, a ujedno zatvaraju šavove.

Što se može koristiti od improviziranih sredstava?

Dopušteno vam je koristiti sve što vidite u svom domu sve dok je napravljeno od vodljivih materijala. Postoji mnogo primjera:

metalne kante za smeće;

kante;

kutije;

kutije;

kućišta mikrovalne pećnice itd.

Treba li konstrukcija biti uzemljena?

Još uvijek nema konsenzusa o tome treba li Faradayev kavez uzemljiti ili ne.

Ali to ovisi o mnogim čimbenicima - veličinama, gdje i za što će se koristiti itd. Ali opća pravila su sljedeća: male strukture ne moraju biti uzemljene, ali za velike je to potrebno učiniti.

U velikom kavezu može doći do elektromagnetskog zračenja koje može naštetiti osobi ako slučajno dotakne radni uređaj. Dok je u maloj ćeliji zračenje malo.

Stoga, prije razmišljanja o dizajnu, pažljivo proučite preporuke za uzemljenje.

Kako provjeriti rad Faradayeva kaveza?

Možete staviti radio koji radi s uključenim nekim jakim FM kanalom. Ako nakon što zatvorite kavez i dalje čujete radio, onda nije dovoljno čvrsto zatvoren.

Ili možete unutra staviti mobilni telefon i pokušati ga nazvati. Ako je telefon izvan prijemnog područja, mobitel radi dobro.

Dakle, sada znate što je to, čemu služi i kako napraviti Faradayev kavez vlastitim rukama. Bez obzira kupujete li već izrađeni kavez ili se odlučite izraditi vlastiti, pobrinite se da veličina odgovara vašim potrebama kako biste u njega mogli smjestiti što god želite. Je li to potrebno za provođenje znanstvenih eksperimenata ili za zaštitu elektronike od utjecaja elektromagnetskog zračenja nije toliko važno. Uvijek možete lako napraviti svoj Faradayev kavez od ručnog alata.

2. Teorijski proračun upijajućeg materijala za publiku

Odabirem kutiju i vodljivi materijal za budući jednostavni model Faradayeva kaveza.

1. Kutija od dielektrika (polipropilena) iz video kaseteVHS.

2. Rola vodljive aluminijske folije za hranu.

Izrađujem tehnološku montažu modela ljepilom. Radim testiranje stanica.

O. Prvo telefoniram na telefon koji je u zatvorenoj kutiji. On je izvan dometa mreže.

B. Zatim pokušavam nazvati s telefona koji je u zatvorenoj kutiji. Vanjski telefon uopće ne reagira.

Proračun potrošnog materijala za učionicu fizike:

Duljina - 6 m; širina - 5 m; visina - 3 m; ukupna površina - 126 m 2 (strop, pod, četiri zida);

Penofol: 4 role (30 m 1,2 m 4 mm) - 8120 rubalja;

Drywall - 25 listova (1,2 m 3,0 m) - 8850 rubalja (bez podnih i dvostrukih prozora);

Lenoleum 30 m 2 - 4800 rubalja;

Tapeta ili foto tapeta;

Samorezni vijci za suhozid;

Kit i temeljni premaz za zidove i armaturnu traku.

Ukupna cijena je 21770 rubalja.

Zaključak

Proučavao princip rada Faradayeva kaveza. Rad uređaja temelji se na sposobnosti elektrona u zatvorenoj elektrovodljivoj ljusci da steknu naboj kad uđu u električno polje;

Izradio model Faradayeva kaveza. Ova kutija je neprovodljiva i ima aluminijsku površinu. Otkrio da uređaj odgađa elektromagnetsko zračenje;

Izračunala sam i cijenu materijala za razred u kojem će se ispit održavati. Uzeli su takve osnovne materijale kao što su suhozid i penofol. Financijski troškovi: 21770 rubalja. Kudrjavcev P. S. Faraday. - M., 1969.

Radovski M. I. Mikhail Faraday. Bibliografski esej. - M., 1946.

Radovski M. I. Faraday. - M., 1936.

Faraday M. Eksperimentalne studije na struju. Po s engleskog. E.A. Chernysheva i Ya.R. Schmidt - Chernysheva. - Akademija znanosti SSSR-a. 1947. godine.

Prijave

Izrada Faradayeva kaveza

Faradayev kavezni test

Davne 1836. godine izvjesni engleski znanstvenik Michael Faraday izveo je vrlo zanimljiv i informativan eksperiment. Prema njegovim uputama, veliki drveni kavez oblijepljen je listovima limenog papira (staniole). Zatim je izoliran od zemljine površine i snažno nabijen uz pomoć potencijalne razlike takvog dizajna sa zemljom bio je toliko jak da kada su mu se tijela povezana sa zemljinom površinom približila, s njegove vanjske površine frcale su iskre. Ne čudi da je ovaj Faradayev kavez izazvao strah kod mnogih očevidaca. Sam engleski fizičar nalazio se unutar svoje strukture, držeći u rukama vrlo osjetljiv elektroskop.

Što je otkrio Faradayev kavez?

Tijekom testa, potpuno funkcionalan uređaj pokazao je u rukama fizičara potpunu odsutnost električnog naboja. A to znači da se takva struktura može učinkovito koristiti kao zaštitni štit. Kasnije se pokazalo da sposobnost takvog zaslona da neutralizira elektromagnetsko zračenje uvelike ovisi o debljini materijala, dubini površinskog učinka i omjeru veličine otvora i duljine valova koji djeluju. Time je ljudima omogućeno da pronađu način zaštite osjetljive opreme i ljudskog zdravlja od štetni učinci moćan Ovo se svojstvo široko koristi u praksi i teško je zamisliti što bi se dogodilo čovječanstvu da nije bilo domišljatosti i hrabrosti hrabrog fizičara.

Kako funkcionira Faradayev kavez?

Kada zatvorena elektrovodljiva ljuska uđe u električno polje, ono počinje djelovati na slobodne elektrone, zbog čega suprotne strane takve strukture dobivaju naboje, koji pak stvaraju polje koje u potpunosti kompenzira vanjski utjecaj. Treba napomenuti da Faradayev kavez može zaštititi samo od električnog polja. A magnetsko polje, pod uvjetom da je statično, slobodno prodire unutra. Stoga će kompas unutar takvog dizajna raditi ispravno. U slučaju dinamičkog električnog polja događa se sljedeće: ono stvara dinamičko magnetsko polje, koje prema zakonima fizike generira vlastito promjenjivo električno polje koje onemogućuje stvaranje magnetskog polja unutar takvog ekrana.

Moderni Faradayevi kavezi

Trenutno se fenomen koji je otkrio engleski fizičar koristi za radiofrekventne kabine, oklopljene sobe, RF kutije. Takve se prostorije široko koriste gdje god je potrebno zaštititi osobu od električnog polja. Fina metalna mreža ili listovi perforiranog čelika sada se obično koriste kao električno vodljivi materijali, a same strukture moraju biti uzemljene kako bi se raspršile električne struje, koji se može pojaviti od vanjskog zračenja.
Osim toga, Faradayev kavez naširoko se koristi za sve vrste testova računalne opreme, elektroničkih komponenti itd. Postoje čak i posebni pojedinačni setovi za zaštitu, a neke tvrtke nude zaštitu ljudi iz njihovih stanova radi veće sigurnosti.

Sakrijte svoj mobilni telefon ili pametni telefon od svijeta blokiranjem svih dolaznih i odlaznih radijskih frekvencija pomoću Faraday Pocketa. Slične futrole i torbe već su se pojavile u prodaji u trgovinama za geekove i na Kickstarteru pod sloganom "Zaštiti podatke od hakiranja". Zapakiran u slično kućište, vaš uređaj više nije detektibilan niti za jedan WiFi, GPS, Bluetooth, GLONASS niti za samog pružatelja komunikacijskih usluga, tj. operatera.

Također, takav džep je odličan način da trenutno "priključite" svoj telefon kada je to potrebno: ​​na primjer, ako ste u kinu, u zasjedi (šala) ili jednostavno želite zaustaviti dosadne pozive određene osobe.

Da biste to učinili, samo trebate obložiti džep svojih hlača (ili druge prikladne odjeće) posebnom tkaninom s finim metalnim tkanjem, a džep će moći reflektirati sve dolazne signale i apsorbirati energiju. Efekt zaštite nečega kroz vodljivu tkaninu naziva se još i "Faradayev kavez" (prema znanstveniku koji je izumio kavez, Michaelu Faradayu), od čega je i nastao naziv džepova, torbi, futrola.

Da šijete nešto slično vlastitim rukama - samo pljunite. Osim toga, za radoznale umove, to je smiješno znanstveni eksperiment s električnim poljem. Vodljivu tkaninu lako je pronaći na prodaji u Runetu. Odaberite ripstop (pojačanu tkaninu) s tkanjem nikla/bakra: ova tkanina ima visoku ocjenu zaštite i s njom je najlakše raditi. I zapamtite da za željeni učinak, sloj slična tkanina ne mora biti gust, što olakšava stvari.

1. Odaberite par hlača koje vam ne smeta prepravljati. Odjeću ne morate rezati, kako je ne biste uništili: odaberite onu koju najčešće nosite ili samo tako zašijte džepove nekoliko pari. Za neke će biti važno obložiti oba džepa vodljivom tkaninom, ali zapamtite da vam je potrebno i redovno mjesto za nošenje mobitela koji normalno radi.

2. Hlače okrenemo naopako, ispravimo jedan džep i stavimo rub vodljive tkanine ispod njega. Optimalno je da džep potpuno pristaje - od šavova koji ga pričvršćuju za hlače do donjih šavova samog džepa. Markerom za tkaninu ili bilo čime drugim (od olovke do bojice ili šiljatog komada sapuna), ocrtajte džep na vodljivoj tkanini.

3. Izvadimo tkaninu, savijemo je tako da dobijemo 2 sloja materijala na zaokruženom području, odsječemo tkaninu pribadačama na ovom mjestu i izrežemo 2 strane za džep - s dodacima po cijelom obodu od 1,5- 2 cm.

4. Izvadimo pribadače, stavimo po jedan izrezani dio materijala sa svake strane džepa, potpuno ga prekrijemo vodljivom tkaninom. Pribadačama spojimo oba sloja tkanine i džep tako da sve ostane savršeno gdje treba biti.

5. Napunimo šivaći stroj običnim jakim nitima i postavimo manju (maksimalno prosječnu) duljinu koraka uobičajenog ravnog šava. Uzduž perimetra s uvlačenjem od ruba od 1,5-2 cm, šivamo rubove džepa i oba komada vodljive tkanine, gdje je to moguće. Ostatak - teško dostupan - ručno zašijemo iglom i koncem. Odozgo preko džepa!Džep također prošijemo skroz i skroz! tj. sašijte sva 4 sloja zajedno: 2 strane džepa i gornji dio 2 komada vodljive tkanine, ostavljajući samo malu rupu u koju možete staviti i izvući telefon (ali i to učinite bez većih poteškoća, jer možete potrgati džep svojim prstima).

Mogu se ostaviti male rupe u džepu/kutiji/Faraday torbi - sve dok su male u odnosu na duljinu upadnog elektromagnetskog vala. Na primjer, val od 1 GHz ima duljinu od 0,3 metra u slobodnom prostoru. I sve dok je rupa znatno manja od ove veličine (na primjer, nekoliko milimetara), neće promašiti veliki broj padajući val. Stoga rupu ostavljenu u džepu za telefon morate zatvoriti - npr. vodljivom električnom trakom, ili možete, dok šijete u paru svoj sloj tkanine i jednu stranu džepa, zašiti čičak unutar džepa duž cijelog džepa. širina rupe odozgo. Ali ne možete šivati ​​ili lijepiti, jer će na trapericama, na primjer, gusta tkanina držati rubove džepa zajedno.

Za najbolje rezultate, telefon u vašem džepu uvijek mora biti potpuno prekriven vodljivom tkaninom. Ali stavili su ruku u džep bez čička ili su se jednostavno sagnuli / sjeli - i to je to, signal će ponovno početi prolaziti.

Torba/kovčeg

Što se tiče rupa i pouzdanosti, mnogo je bolje po analogiji (vodljiva tkanina plus gusta tkanina samo da bi kućište bilo čvrsto) zašiti za bilo koji od vaših uređaja - bilo da se radi o pametnom telefonu ili tabletu - torbicu ili torbu s čičakom, koja prolazi pored cijeli otvoreni rub sa svih strana.