Просто о сложном | Как работает клетка Фарадея

Просто о сложном | Как работает клетка Фарадея Статьи
Мир наводнен электромагнитными волнами. Они неизбежны. Наши глаза подвергаются бомбардировке ими каждый раз, когда они открыты. Они летают в воздухе, проходят через наши тела, отскакивают от стен и потолков, проявляются в виде интернет-сигналов на наших телефонах или голосов по радио. Они практически являются основой жизни 21 века.

Но иногда мы не хотим, чтобы они распространялись повсюду. Иногда мы хотим не пропускать некоторые из этих волн. Особенно это касается вещей, которые мы хотим защитить от нежелательных электромагнитных сигналов, например, чипов RFID в наших банкоматах и паспортах.

Чтобы сохранить их в безопасности, мы прибегаем к 100-летней технологии под названием «клетка Фарадея».

По сути, клетка Фарадея — это любой корпус, сделанный из проводящего материала. Материал может быть таким сложным, как углеродное волокно, или таким простым, как проволока;

если он проводит электричество, мы можем сделать из него клетку Фарадея.

Их особенность заключается в том, что электромагнитное излучение вне клетки — все, от радиоволн до молний, — не оказывает никакого влияния на внутреннее.

Как это работает?

Чтобы понять, как работает клетка Фарадея, мы должны понять, как металлы и другие материалы проводят электричество. Крайние электроны в атомах проводящих материалов не связаны плотно с их ядрами, поэтому они могут свободно перемещаться.

Способность отрицательно заряженных электронов перемещаться позволяет материалу проводить электричество.

Когда электрическое поле, создаваемое радиоволной, взаимодействует с клеткой — оно заставляет электроны перемещаться к одной стороне клетки, оставляя одну сторону с отрицательным зарядом, а другую — с положительным.

Такая полярность создает вокруг клетки электрическое поле, которое нивелирует влияние внешнего поля на то, что находится внутри клетки.

Помимо радиосигналов, клетки Фарадея также могут блокировать или перенаправлять электрические разряды.

Именно поэтому вы никогда не услышите о том, что самолеты повреждаются, когда в них ударяет молния.

Их металлические корпуса действуют как клетка Фарадея, защищая людей и оборудование, находящееся внутри.

Где приобрести такую клетку?

Вы можете не осознавать этого, но почти наверняка у вас в доме она уже есть. Микроволновки облучают пищу высокочастотными радиоволнами, называемыми микроволнами. Ваша микроволновая печь сконструирована как клетка Фарадея, чтобы удерживать эти микроволны внутри.

Вот почему на окне имеется металлическая сетка.

Если у вас все еще есть кабельное телевидение, то коаксиальный кабель, который вы подключаете к своему кабельному ящику, имеет медное экранирование, защищающее провод внутри от внешних сигналов. Люди, работающие на линиях электропередач, подводящих электричество к нашим домам, надевают специальную одежду при работе на линиях, чтобы снизить риск поражения током.

Правительства используют клетки Фарадея для защиты жизненно важных объектов инфраструктуры от ударов молний и солнечных бурь. Политики используют их для обеспечения конфиденциальности частных бесед, сооружая целые комнаты, окруженные металлической сеткой, препятствующей использованию беспроводного подслушивающего оборудования.

Открытие

Майкл Фарадей проводил эксперименты по изучению электрической индукции с тех пор, как впервые наблюдал это явление в 1831 году.

Несколько лет спустя он поставил эксперимент с металлическим шариком и металлическим ведром, который стал известен как эксперимент с ведерком для льда.

В ходе эксперимента отрицательно заряженный металлический шар опускался в незаряженное металлическое ведро. Отрицательный заряд на шарике побуждал электроны в ведре перестраиваться, создавая положительный заряд на внутренней поверхности ведра и отрицательный — на внешней. Когда шарик коснулся внутренней поверхности ведра, внутренние положительный и отрицательный заряды погасили друг друга, но внешний отрицательный заряд остался.

Это была не только демонстрация принципов индукции, но и доказательство того, что заряды на внешней стороне объекта не влияют на его внутреннюю сторону. Он также показал, что внутренняя часть проводящего объекта не может иметь чистый заряд.

  • Далее он продемонстрировал эти принципы, создав 4х-метровый куб из проволочной сетки, войдя внутрь и наэлектризовав внешнюю сторону до 150 000 вольт. Внутри куба не было зарегистрировано никакого заряда и Фарадей не испытал никакого дискомфорта.
Оцените статью
Маяк Науки
Добавить комментарий

девятнадцать − девятнадцать =