Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Клетка фарадея принцип работы

Клетка фарадея принцип работы

Клетка Фарадея («щит Фарадея) – устройство, которое изобрел английский химик и физик Майкл Фарадей в 1836 году, оно было предназначено для экранирования аппаратуры от воздействия внешних электромагнитных полей. Клетка Фарадея обычно представляет, из себя, заземленную клетку, которая изготовлена из хорошо проводящего материала.

Принцип работы щита Фарадея очень прост:
При попадании замкнутой электропроводящей оболочки в электрополе, свободные электроны на оболочке начнут движение, это произойдет под действием поля. В итоге противоположные стороны клетки приобретут заряды, поле которых будет компенсировать внешнее поле.
Клетка Фарадея дает защиту только от электрополя. А статическое магнитное поле проникает внутрь ее. Меняющееся электрическое поле создает меняющееся магнитное поле, которое, в свою очередь создает меняющееся электрополе. Поэтому, если при помощи летки Фарадея будет блокироваться изменяющееся электрическое поле, то меняющееся магнитное поле также не будет генерировать.

Однако, в области больших частот, действие такого экрана основывается на отражении электромагнитных волн от экранной поверхности и затухании высокочастотной энергии в его толще, действием тепловых трат на вихревые токи.

Способность щита Фарадея экранизировать электромагнитное излучение определяется:

• Толщиной материала, из которого она сделана
• Соотношением размеров проемов в ней с длиной волны на внешнем излучении
• Глубиной эффекта поверхности

Чтобы экранировать кабель необходимо будет сделать клетку Фарадея, которая будет иметь хорошо проводящую поверхность по всей длине экранируемых проводников. Для качественной работы клетки Фарадея, размер ячеек сетки должен быть намного меньше, чем длина волн излучения, защиту от которого требуется выполнить. Принцип действия клетки основывается на перераспределении электронов в проводниках под действием электромагнитного поля.

Эффект клетки Фарадея при окраске порошком

Майкл Фарадей был известным английским ученым-экспериментатором, который подарил миру такие гениальные изобретения, как электромагнитная индукция, лежащяя в основе производства электроэнергии, электродвигатель, трансформатор и многие другие устройства, которыми мы пользуемся до сих пор.

Но сегодня мы расскажем об устройстве, которое он изобрел в середине 19 века. Это так называемая клетка Фарадея.

В основу работы прибора положена способность электронов в замкнутой электропроводящей оболочке при попадании в электрическое поле приобретать заряд, который компенсирует воздействие внешних полей. Таким образом, стенки клетки защищают пространство внутри от воздействия внешнего электромагнитного излучения.

Такая клетка Фарадея может защитить даже человека от электрического разряда. Но и в обратном порядке, излучение, образуемое внутри клетки Фарадея, не выйдет наружу, если сделать ее проводящим слоем внутрь. Поэтому мы, например, защищены от воздействия излучения микроволновой печи, когда находимся рядом с ней во время ее работы.

Клетка Фарадея — принцип работы

Все гениальное просто! Вот и сам принцип работы этого устройства очень прост – когда клетка Фарадея попадает под воздействие электрического поля, свободные электроны внутри материала, из которого она сделана, начинают двигаться, собираясь вместе определенным образом. В результате этого противоположные стенки клетки получают заряды разноименные, создающие новое поле, имеющее противоположное направление к внешнему. Это новое поле компенсирует воздействие внешнего электромагнитного поля, а значит, внутри клетки электрические шумы или электрическое поле отсутствуют.

Этот метод отражения или экранирования работает только при воздействии электрических полей и переменно магнитных, которые ими же и порождаются. Защитить от статического магнитного поля это приспособление не сможет.

Принцип действия

Действие клетки Фарадея основано на том факте, что заряд при попадании в проводник распределяется на его поверхности, в то время как внутренняя часть остаётся нейтральной. По сути вся клетка, состоящая из токопроводящего материала является единым проводником, «концы» которого приобретают противоположный заряд. Возникающий при этом электрический ток создаёт поле, компенсирующее внешнее воздействие. Напряжённость электрического поля во внутренней части такой конструкции равна нулю.

Интересно, что если поле сгенерировано внутри клетки, то эффект тоже работает. Однако при таком раскладе заряд распределится по внутренней поверхности сетки или другой проводящей плоскости и наружу проникнуть не сможет.

В англоязычной терминологии КФ звучит как «Faraday shield», то есть «щит/экран Фарадея». Это понятие хорошо передаёт суть устройства, которое, как щит или защитный экран, отражает воздействующие на его содержимое лучи.

Следует помнить, что экранирующий эффект работает только на переменном магнитном поле. Постоянному или слабопеременному магнитному воздействию, например, естественному магнитному потенциалу Земли, помех он не представляет.

Чтобы определить, отразит ли камера Фарадея высокочастотное излучение, достаточно знать размер ячеек сетки (если проводящая часть выполнена в виде клетки) и длину воздействующей волны. Конструкция эффективна, если вторая величина больше первой.

Для чего она нужна?

В основном ее используют в промышленности, чтобы защитить аппаратуру от воздействия нежелательного электромагнитного излучения. Например, при установке медицинских томографов. Очень часто используют в лабораториях, где нужно проводить высокоточные измерения и снизить воздействие электромагнитных шумов. При промышленном использовании обычно привлекают специалистов, которые смогут правильно рассчитать все параметры клетки.

В быту свойства этого изобретения чаще всего советуют использовать для защиты всевозможных электронных устройств (мобильные телефоны, планшеты и т. д.) от повреждения электромагнитным излучением или импульсом (волной). Эта волна может быть вызвана ядерным взрывом или каким-то природным явлением, например, вспышками на солнце.

Некоторые из них даже строят себе дома, которые являются «клетками Фарадея», чтобы полностью защититься от возможного влияния электромагнитных излучений. Пример такого дома вы видите на картинке выше. В жилище его хозяин сможет точно пережить любой катаклизм. Особенно популярна эта тема среди людей, которые боятся всякого рода излучений и их влияния на здоровье, а также среди верящих во всемирную катастрофу и готовящихся к выживанию после нее.

Сферы применения эффекта КФ

Свойства экранизированного пространства с успехом используют в различных сферах человеческой деятельности. Это могут быть отдельные помещения, небольшие ёмкости и даже рабочая одежда.

РЧ-кабина

Радиочастотная кабина представляет собой экранированное помещение. Под покрытием стен, потолка и пола заложены решётки, сделанные из немагнитных металлов, имеющих высокую проводимость. Конструкции могут принимать различные объёмы и конфигурации – это РЧ-комнаты, кабинеты и боксы.

МРТ помещения

Таким образом, обустраивают кабинеты МРТ (помещения с аппаратурой для проведения магнитно-резонансной томографии). Клетка Фарадея обязательно должна иметь заземление.

Назначение ограждений помещения состоит в том, чтобы не пропускать внутрь электромагнитные помехи от внешних источников излучения. Этим добиваются высококачественных результатов магнитно-резонансной томографии без каких-либо искажений.

Экранированный кабинет МРТ

Для обеспечения полноценной работы в РЧ-кабине необходимо соблюдать следующие условия:

  • должен быть правильно определен рабочий диапазон частот;
  • материалы для экранов ограждающих конструкций, в том числе для РЧ-окон и дверей, должны отвечать техническим требованиям;
  • узлы экранов и способы их соединения между собой, а также крепление их к стенам, полу и потолку, экранирование коммуникаций различного назначения должны быть выполнены строго в соответствии с проектной документацией;
  • кабели должны быть установлены таких типов и размеров, какие указаны в проекте.

Клетка Фарадея — как сделать из подручных средств?

Наиболее простым вариантом изготовления клетки Фарадея своими руками может стать любой предмет с герметичным корпусом, электропроводящим наружным слоем и не проводящим электричество слоем внутри.

Таким предметом может стать буквально любой предмет домашнего обихода, который можно закрыть. Форма может быть самая разная: коробка, цилиндр, сфера – в общем-то, что угодно. Внутреннюю часть нужно сделать из любого материала, который не проводит электричество: картон, бумага, дерево, пластик и т. д. Поэтому проще всего взять уже готовый металлический предмет и вставить внутрь непроводящий электричество слой или, наоборот, взять предмет из не проводящего электричества слоя и обернуть его внешние части проводящим слоем (например, фольгой). Даже если вы просто обернете свой прибор в фольгу – это уже будет простейшая клетка Фарадея, своими руками сделанная.


Обратите внимание! Наибольшей эффективностью обладают самодельные клетки, сделанные из деревянно-каркасных конструкций с использованием сеток из меди или алюминия. Если вы решили произвести монтаж клетки Фарадея из уже готового металлического предмета, то удостоверьтесь, что крышка и ящик имеют хороший контакт, который обеспечивает надежную защиту от проникновения излучения внутрь. А также, что предмет сделан из гальванизированного метала.

Данная клетка Фарадея (фото представлено) сделана из обычного деревянного ящика.

Из обычного мусорного металлического бака, металлического ящика или неэмалированного ведра с крышкой тоже можно сделать клетку Фарадея, просто выложив внутреннюю поверхность картоном.

Вот такой старый ящик для инструментов может стать прекрасной основой для данного прибора.

Изготовление клетки Фарадея своими руками

В быту изготовление самодельной КФ может понадобиться, чтобы «спрятать» гаджеты от действия различных волн, которые могут вызвать нарушения в чувствительной электронной «начинке».

Примером такой конструкции может служить определённым образом отделанный фанерный ящик. Так как фанера при этом выступает изолирующим слоем, она должна быть идеально чистой и сухой. Можно собрать ящик своими руками или взять готовый — главное, чтобы он был собран без использования гвоздей либо другого металлического крепежа. Сборка производится в несколько этапов:

  1. Пищевую фольгу делят на отрезки, по размеру фанерных стенок или их заготовок.
  2. Поверхности будущего ящика с внешней стороны отделывают фольгой. При этом наружу должна быть обращена её блестящая сторона.
  3. Стенки скрепляют изнутри скотчем, а на дно ящика кладут пару ковриков для компьютерной мышки.
  4. Тщательно проверяют, что в закрытом положении крышки слой фольги образует сплошную оболочку, без малейших зазоров и разрывов.

Второй вариант предполагает, что основой клетки Фарадея своими руками служит металлический резервуар (кастрюля, ящик, бокс и т. п.), внутри которого обустраивается изоляция из картона, той же фанеры или другого материала. Условие плотного прилегания крышки для этой конструкции не менее важно, чем для описанной выше.

Читать еще:  Простыми словами о том, как работает кондиционер

Надо ли делать заземление

Не существует единого мнения по поводу необходимости заземления КФ. В обязательном порядке заземляются крупные конструкции и те, на которые может быть оказано действие особенно мощным электрическим разрядом.

Заземление, определённо, предохраняет от нештатных ситуаций, когда накопленный сильный заряд может «пробить» воздушную среду и ударить в расположенный неподалёку предмет или человека.

Тестирование самодельной клетки Фарадея

Чтобы проверить принцип работы клетки Фарадея на практике, удобнее всего использовать компактный радиоприёмник на батарейках. Его следует включить на максимальную громкость и настроить на самый мощный из доступных FM-каналов. Если клетка работает, радио в нём замолчит.

Если приёмник хоть немного, но слышно, значит, стопроцентной экранизации добиться не удалось, и следует искать прорехи в токопроводящем слое.

Подходит для тестирования самособранной камеры и мобильный телефон. Оказавшись внутри, он перестанет принимать сигналы базовых станций, то есть при звонке на него услышите соответствующее сообщение автоматического информатора сотового оператора.

Нужно ли заземлять конструкцию?

До сих пор не единого мнения по поводу того, нужно ли заземлять клетку Фарадея или нет.

Но это зависит от многих факторов — размеров, где и для чего она будет использоваться и т. д. Но общие правила таковы: заземлять не нужно маленькие конструкции, а вот для больших это сделать необходимо.

В большой клетке может возникнуть электромагнитное излучение, которое может навредить человеку, если он случайно коснется работающего прибора. Тогда как в маленького размера клетке излучение небольшое.

Поэтому перед тем как продумывать конструкцию, внимательно изучите рекомендации по заземлению.

Как проверить работу клетки Фарадея?

Можно положить внутрь работающий радиоприемник с включенным каким-то сильным FM-каналом. Если после того как закроете клетку вы все еще слышите работу радиоприемника, значит, она недостаточно плотно закрыта.

Или можно положить внутрь мобильный телефон и попробовать позвонить на него. Если телефон будет вне зоны приема, значит, клетка работает хорошо.

Итак, вы знаете теперь, что такое, для чего нужна и как сделать клетку Фарадея своими руками. Покупая готовую клетку или решая сделать ее самостоятельно, убедитесь, что размер соответствует ваши нуждам, и вы сможете поместить в нее все, что хотели. Нужна ли она для проведения научных экспериментов или для защиты электроники от воздействия электромагнитного излучения, не столь важно. Вы всегда можете легко сделать вашу собственную клетку Фарадея из подручных средств.

Технологическая революция в Spartan

Инновационный прорыв французских ученых из Spartan заключался в том, что они первыми в мире догадались сделать клетку Фарадея транспортируемой. Человек просто одевает ее на себя и может относительно свободно передвигаться. Но оставалась проблема — клетконоситель, с эстетической точки зрения, продолжал выглядеть как ушлепок. Не каждый бы решился прийти в ней на работу. И тогда ученые совершили вторую технологическую революцию и изготовили клетку в форм-факторе, предполагающем ношение под одеждой. Встречайте — тазовый электромагнитный щит «Spartan».

Воздушный зазор, клетки Фарадея и другие меры безопасности для сверхпараноиков

Чувствуете себя Эдвардом Сноуденом и боитесь, что кто-то с серьезными инструментами может раскрыть ваши цифровые секреты. Не дайте им это сделать.

Давно читая наш канал, вы уже наверняка изучили основы кибербезопасности. Вы знаете даже больше, чем просто основы. Но бывает так, что вы все еще не можете перестать бороться с чувством того, что этого недостаточно.

В определенный момент времени, когда государство захочет скомпрометировать ваш компьютер и получить информацию о вашей личной жизни, оно найдет способ. Вы можете, по крайней мере, усложнить им эту задачу.

Мы перевели интересную статью издания WIRED, где описываются советы экстремальной безопасности, некоторые из которых на своей практике использовал даже Эдвард Сноуден, когда делился с журналистами секретными данными американской разведки, находясь в номере отеля.

Эта статья носит более общеобразовательный характер. Мы очень надеемся, что вам никогда не придётся прибегать к таким крайним действиям, но даже если придется, то эти базовые меры экстремальной безопасности помогут вам защитить свои данные.

Создание воздушного зазора

Лучший способ защитить свой компьютер от взлома – это не подключать его к другому компьютеру. Такая мера предосторожности называется «воздушным зазором». В мире, где практически каждая машина подключена к Интернету, сделать это не так уж и просто. Однако для важных файлов (которые хранят кэш Биткойнов и другие секретные материалы) работа в автономном режиме станет настоящим спасением от угроз.

В то время как любой ноутбук дает возможность пользователю отключить такие виды связи, как Wi-Fi и Bluetooth, самый безопасный способ создания воздушного зазора — это отказ от всего беспроводного оборудования, говорит Дэвид Уэрта, специалист по цифровой безопасности в Freedom of the Press Foundation. Еще лучше, использовать компьютер, который изначально не имеет такого оборудования. Уэрта приводит в пример Intel Nuc, Gigabyte Brix и другие старые компьютеры Mac Mini.

Единственный способ, с помощью которого хакер способен скомпрометировать компьютер с воздушным зазором, — это получить физический доступ к машине. Злоумышленнику придется подойти к компьютеру и подключить к нему USB-накопитель или другой тип носителя данных.

Компьютер с воздушным зазором работает как станция просмотра файлов, на которой можно ознакомиться с конфиденциальными данными и быть уверенным, что машина не будет взломана. Уэрта также рекомендует удалить жесткий диска компьютера. Вместо этого вы можете загрузить систему с USB-накопителя с эфемерной ОС Tails. Она поможет пользователю не оставить следов после использования компьютера. Это также означает, что вы не сможете хранить файлы на своей машине с воздушным зазором. Именно это и делает такой компьютер почти полностью защищенным от любого рода атак хакеров.

Клетки Фарадея

Если вы действительно не хотите, чтобы ваши действия отслеживали, отключение мобильного телефона не поможет. Специалисты по безопасности уже много лет предупреждают, что сложные вредоносные программы могут использовать мобильные телефоны для записи разговоров, даже если вы думаете, что девайс выключен. Вероятно, вам так всего лишь кажется, ведь хакерские программы способны создать фейковое выключение телефона и оставить ключевые функции активными.

Если вытащить батарею из телефона, вы сможете помешать такого рода отслеживанию. Но для iPhone и других мобильных устройств, батареи которых сложно вытащить, есть специальные клетки Фарадея. Это особые металлические сумки, которые блокируют все радиочастоты. Положите телефон в одну из таких сумок, и он станет недоступным для любого, кто попытается получить к нему доступ. Нельзя будет получить или отправить какую-либо информацию, пока телефон находится в «клетке». Купить защитные сумки несложно: они, к примеру, доступны на Amazon.

В крайнем случае подойдет любая защищенная металлическая коробка, например, сейф или микроволновая печь. К примеру, Эдвард Сноуден всегда просил посетителей своего номера в Гонконгском отеле оставить сотовые телефоны в мини-холодильнике. Запомните тот факт, что клетка Фарадея поможет скрыть ваше местоположение от хакеров, но это не помешает злоумышленникам записывать разговоры с помощью вашего телефона, если он уже был взломан ранее. В этом случае телефон не будет отправлять никаких данных, пока находится в «клетке», но начнет это делать в тот момент, когда восстановит свое подключение к Интернету.

Лазерные микрофоны

Если опытные хакеры захотят подслушать ваши разговоры, им не понадобится жучок в вашем офисе или доме. Вместо этого они могут использовать инструмент, известный в мире как лазерный микрофон. Он работает следующим образом: невидимый инфракрасный лазер светит сквозь окно жертвы и отражается обратно к датчику света. Измеряя любые помехи в отраженном свете, лазерный микрофон может обнаружить колебания в оконном стекле и восстановить звук с другой стороны.

Подобное «лазерное подслушивание» может быть предотвращено с помощью закрытия окна плотными шторами или включения громкой музыки во время приватной беседы. Некоторые люди также используют специальные вибрирующие устройства, подобные этому, которые устанавливаются на окнах и предотвращают любые попытки отследить колебания оконного стекла.

Накиньте на себя одеяло и будьте в безопасности

Конечно, хакеры могут украсть ваши пароли с помощью вредоносных программ или путем взлома сервера, который вы используете. Но они также способны просто увидеть ваши конфиденциальные данные через плечо, когда вы будете их вводить. Когда вы думаете, что находитесь под целенаправленным видеонаблюдением (скажем, в номере отеля), стоит подумать о, на первый взгляд, глупо звучащей, но эффективной защите: фактическом «одеяле безопасности». Назовем это методом Лайнуса.

Спрятав голову и руки, вы можете вводить конфиденциальные пароли, не опасаясь, что камера наблюдения следит за вами через плечо. Сноуден проиллюстрировал эту технику «защиты одеялом» в документальном фильме Citizenfour. Там было показано, как он накидывает одеяло на себя, чтобы ввести свой пароль в гостиничном номере Гонконга. Он в шутку назвал одеяло своей «магической мантией». Однако если ваш пароль действительно можно увидеть с помощью установленной камеры, которая следит за вами через плечо, стоит серьезно задуматься о том, чтобы накинуть на себя одеяло.

Подписывайся на Эксплойт в Telegram, чтобы всегда оставаться на страже своей приватности и безопасности в интернете.

Что такое клетка Фарадея

В далеком 1836 году английский физик и изобретатель Майкл Фарадей создал специальное устройство для экранирования аппаратуры от электромагнитных излучений. Это устройство актуально и по сей день, и как и прежде носит имя ученого. Речь о клетке Фарадея.

Читать еще:  Определение мощности резистора

Данное устройство представляет собой защитную клетку, изготовленную из обладающего высокой электропроводностью металла, и, как правило, заземленную. Принцип действия этого простого устройства также достаточно прост:

Когда внешнее электрическое поле воздействует на клетку, свободные электроны металла клетки приходят в движение, и противоположные стороны конструкции оказываются заряжены так, что их поле компенсирует внешнее электрическое поле.

Это можно проверить на простом эксперименте с двумя электроскопами и клеткой Фарадея, заряженной от высоковольтного источника: электроскоп, присоединенный к внутренней поверхности латунной клетки Фарадея, и помещенный внутрь нее, не покажет наличия электрического заряда, а электроскоп, подключенный снаружи — покажет.

Электроскоп — прибор для обнаружения электрических зарядов, основанный на взаимодействии зарядов. При наличий зарядов вследствие их взаимодействия подвижная система электроскопа (листочки, стрелка) отклоняется от положения равновесия, и но величине отклонения можно приблизительно судить о величине зарядов.

Постоянное же магнитное поле, в отличие от электрического, внутрь клетки проникнет беспрепятственно. Однако, поскольку переменное электрическое поле, порождающее переменное магнитное поле, экранируется клеткой, то переменное магнитное поле внутрь клетки не проникает, так как просто не успевает возникнуть. По этой причине клетка Фарадея защищает внутреннее свое пространство, и объекты, находящиеся в нем, не только от электрического поля, но и от действия внешних электромагнитных волн.

Если же обратить внимание на высокие частоты, то электромагнитные волны высокой частоты (по сравнению с размером ячейки сетки клетки) будут частично отражаться от клетки, а также будут просто напросто затухать в толще металла, индуцируя в нем вихревые токи, и рассеиваясь в конечном итоге в виде тепла.

Тем не менее, эффективность экранирующей функции клетки Фарадея связана со следующими параметрами: с глубиной поверхностного слоя (скин-слоя), с толщиной металла клетки, и с размером проема по отношению к длине волны внешнего излучения, от которого требуется экранирование. Так, для экранирования кабелей применяют клетки Фарадея с проводниками конструкции из хорошо проводящих материалов. Размер ячейки, для эффективной работы клетки Фарадея, обязательно должен быть сильно меньше длины волны экранируемого излучения.

Разновидность клетки Фарадея каждый может встретить в микроволновке. На дверце микроволновки присутствует металлическая сетка, ячейки которой достаточно мелки по сравнению с длиной волны, создаваемой магнетроном. Микроволновка работает на частоте 2450 МГц, и длина волны здесь чуть больше 12 см, очевидно, сетка на дверце микроволновки легко экранирует это излучение, не давая ему выйти наружу.

Роль остальной части клетки в микроволновой печи играет металлическая камера, в которой находится разогреваемая пища. Кстати, если в микроволновую печь (в выключенную!) положить сотовый телефон, то он окажется вне зоны действия сети, поскольку волны сотовой связи стандарта GSM еще длиннее, чем волны порождаемые магнетроном микроволновки.

Существуют металлические костюмы, работающие по принципу индивидуальной клетки Фарадея, изготовленные из волокон нержавеющей стали и меди. Такие костюмы используют монтажники высоковольтных линий электропередач, ибо даже отключенная линия, длиной в много километров, скапливает на себе опасное количество статического заряда. А костюм защищает человека от поражения электрическим разрядом.

Подобные защитные комплекты на основе серебряной ткани защищают электромонтеров и от вредного воздействия электромагнитного поля высоковольтных установок, где электрическая составляющая очень высока. Такие комплекты, как утверждают их производители, предназначены для защиты:

от воздействия электрического поля промышленной частоты;

от воздействия тока смещения, вызванного переменным электромагнитным полем;

от воздействия интенсивного электромагнитного излучения, возникающего при разряде между контактами разъединителей;

от разрядов электрического тока при прикосновении к заземленным или изолированным предметам, частям оборудования, а также траве и мелкому кустарнику;

от электротравм при попадании под наведенное или шаговое напряжение.

Комплекты создают замкнутое экранированное пространство вокруг тела человека, облаченного в костюм, исключая любое проникновение электрического поля внутрь. Все элементы комплектов изготавливаются из электропроводящих материалов и соединяются между собой каналами повышенной проводимости и электропроводящими контактными выводами. Благодаря таким костюмам тело человека шунтируется, и обеспечивается безопасное стекание токов электростатической или емкостной природы.

Любители катушек Тесла также используют костюмы, напоминающие индивидуальные клетки Фарадея. Ток просто стекает по поверхности костюма на проводящие части с меньшим сопротивлением, не причиняя ущерба человеку, участвующему в шоу.

Как видим, клетка Фарадея применяется сегодня много где. В клетки Фарадея заключают электрические установки высокого напряжения, клетки Фарадея используют в шоу, наконец любое производство, связанное с опасным микроволновым и другим электромагнитным излучением, не обходится без целых цехов и комнат, заключенных в клетки Фарадея.

Надеемся, что данная статья явилась для вас полезной, и теперь вы понимаете, насколько важное значение может иметь простое с виду устройство, напоминающее обычную коробку из сетки. Ведь Клетка Фарадея в различных применениях не только экранирует разнообразное чувствительное к электрическим полям и излучениям оборудование, но и бережет здоровье людей, предотвращая онкологические, и многие другие заболевания, которые могут быть вызваны чрезмерным действием электромагнитных излучений на живой организм.

Клетка фарадея принцип работы

Ключевые слова: ФАРАДЕЙ; КЛЕТКА; ЗАРЯД; ЭЛЕКТРОМЕТР; ОПЫТ; ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ; ПЕРЕДАЧА; СИСТЕМА; ЧАСТОТА; FARADAY; CELL; CHARGE; ELECTROMETER; EXPERIMENT; ELECTRIC POWER; TRANSMISSION; SYSTEM; FREQUENCY.

Майкл Фарадей (1791-1867) – английский физик-экспериментатор и химик, иностранный почётный член Петербургской академии наук. Скромные доходы семьи не дали Майклу окончить даже среднюю школу. С 13 лет начинает работать разносчиком газет, его отдают в переплетную мастерскую, которая находилась при книжной лавке. Майкл с интересом читал книги, особенно впечатляли его труды по химии и статьи тогда новой отрасли – электричество. Один из посетителей лавки обращает на молодого переплетчика внимание и дарит ему билет на лекции английского химика Г.Деви. Позже юноша заявляет, что хотел бы у него работать, но Г.Деви отказывал ему. Через несколько дней проводя химический опыт, ученый повредил глаз, и ему срочно понадобился ассистент. Так Фарадей становится ассистентом в знаменитом королевском институте. Он опубликовал более 40 статей. После того, как датский физик Ханс Кристиан Эрстед в 1820 году открыл магнитное поле электрического тока Фарадей заинтересовался связью электрическими и магнитными полями. Спустя год он делает первое свое открытие, заставив магнит вращаться вокруг проводника с током. [1]

Размышляя о взаимодействии различных видов энергии, Майкл Фарадей поставил перед собой цель — превратить магнетизм в электричество. С этой целью он справился. В августе 1831 года ученый обнаружил явление электромагнитной индукции и создал первый в мире электрогенератор.

В 1848 году он открыл так называемый «Эффект Фарадея» это было первое указание на существование связи между оптикой и электромагнетизмом. Он писал, что намагнитил свет и осветил магнитную силовую линию.

12 марта 1862 года описал последний лабораторный опыт под номером 16041. [2]

Клетка или «Щит Фарадея» — представляет собой замкнутое пространство, которое предотвращает прохождение электромагнитного поля.

Чаще всего это заземленная клетка, изготовленная из таких материалов, которые хорошо проводят ток. Названа она именем Майкла Фарадея, который изобрел ее в 1836 году.

Ученый выясняет, что на заряженном проводнике избыточный заряд локализуется только на его внешней стороне и предметы находящиеся изнутри никакому воздействию не подвергаются.

Чтобы представить полную картину об этом факте Фарадей оборудует комнату, которую покрывает пленкой из металла и с помощью электростатического генератора подает высоковольтный заряд на наружную сторону комнаты.

С помощью электроскопа доказывает, что на внутренней части стены комнаты нет зарядов электричества. Во внутренней части комнаты электроскоп показывал, что заряд отсутствует, в то время, когда электроскоп, который присоединен к внешней части показывал обратное.

Для полноты исследования, внутрь клетки помещались небольшие животные. Электростатический генератор подавал высоковольтные электрические разряды на клетку, но для животных не было никакого вреда, так как заряд стекал по поверхности клетки.

Клетка Фарадея действует по следующему принципу: наружное электрическое поле приводит распределение свободных электронов в материале, проводящем ток клетки, таким образом, что противоположные стороны клетки заряжаются. Наружное поле компенсируется их полем, а поле с внутренней стороны отсутствует. [3]

Клетка Фарадея применяется не только в медицине, но и там где требуется безопасная работа человека и оборудования. Клетка Фарадея находит применение: в радиочастотных боксах, в кабинетах рентгена и магнитно-резонансной томографии, даже в микроволновках. Комната, где находится магнитно-резонансный томограф, излучающий магнитные поля, требует особой защиты поскольку:

1. Защищает пациентов и персонал клиники.
2. Предотвращает влияние электромагнитных помех на показания приборов.
3. Устраняет воздействие магнитного излучения на объекты, которые находятся в кабинете.

Таким образом, клетка Фарадея состоит из двух проволочных сеток на изолирующей подставке. Внутренняя сетка используются для измерения электрического заряда, наружная сетка экранизирует внутреннюю от влияния посторонних электрических полей.

Проведем опыт, для этого внешнюю сетку надо заземлить. Заряды будем измерять с помощью электрометра. Один его вывод подключим к внешней сетке, а другой к внутренней и выставим на электрометре нуль. Потрем деревянную линейку об ткань и преподнесем к наружной сетке. Показания электрометра не изменяются. Теперь внесем линейку внутрь клетки, электрометр показывает присутствие положительного заряда. Вынесем линейку, и показания электрометра возвращаются к нулю. Проделаем тот же опыт с линейкой из оргстекла. Теперь электрометр показывает присутствие отрицательного заряда. Внесем внутрь сетки первую линейку, показатели электрометра изменятся почти до нуля. Заряды линеек почти полностью компенсируют друг друга.

Когда мы прикасаемся металлической пластинкой к стенке клетки, отрицательные заряды перетекают на пластинку, так что она становится электрически нейтральной. Теперь сама клетка оказалась заряжена положительно и для перемещения пробного заряда с земли на клетку приходится совершать ту же самую работу. Поэтому показания электрометра остаются прежними.

Читать еще:  Какой настенный газовый котел лучше

Поскольку, заряд в нашем опыте полностью переносится с пластинки на сетку, повторяя это действие, мы можем увеличивать заряд сетки одинаковыми порциями. При этом показания электрометра тоже растут одинаковыми ступеньками.

Труды Фарадея ознаменовали наступление новой эры в физике, а он не брал патенты на свои изобретения. Отказался он и от дворянства, сказав при этом: «Благодарю. Но я хочу назваться просто: Майкл Фарадей».

Клетка Фарадея своими руками

Майкл Фарадей был известным английским ученым-экспериментатором, который подарил миру такие гениальные изобретения, как электромагнитная индукция, лежащяя в основе производства электроэнергии, электродвигатель, трансформатор и многие другие устройства, которыми мы пользуемся до сих пор.

Но сегодня мы расскажем об устройстве, которое он изобрел в середине 19 века. Это так называемая клетка Фарадея.

В основу работы прибора положена способность электронов в замкнутой электропроводящей оболочке при попадании в электрическое поле приобретать заряд, который компенсирует воздействие внешних полей. Таким образом, стенки клетки защищают пространство внутри от воздействия внешнего электромагнитного излучения.

Такая клетка Фарадея может защитить даже человека от электрического разряда. Но и в обратном порядке, излучение, образуемое внутри клетки Фарадея, не выйдет наружу, если сделать ее проводящим слоем внутрь. Поэтому мы, например, защищены от воздействия излучения микроволновой печи, когда находимся рядом с ней во время ее работы.

Почему это устройство назвали клеткой?

Потому что первые опыты Фарадей проводил именно с металлической клеткой. Да и сегодня промышленные образцы сделаны и выглядят как металлическая клетка, сделанная из хорошо проводящих электричество материалов. Эффективность и мощность ее зависят от толщины материала, из которого она сделана, и соотношения размера проема к длине волны воздействующего внешнего поля.

Клетка Фарадея — принцип работы

Все гениальное просто! Вот и сам принцип работы этого устройства очень прост – когда клетка Фарадея попадает под воздействие электрического поля, свободные электроны внутри материала, из которого она сделана, начинают двигаться, собираясь вместе определенным образом. В результате этого противоположные стенки клетки получают заряды разноименные, создающие новое поле, имеющее противоположное направление к внешнему. Это новое поле компенсирует воздействие внешнего электромагнитного поля, а значит, внутри клетки электрические шумы или электрическое поле отсутствуют.

Этот метод отражения или экранирования работает только при воздействии электрических полей и переменно магнитных, которые ими же и порождаются. Защитить от статического магнитного поля это приспособление не сможет.

Для чего она нужна?

В основном ее используют в промышленности, чтобы защитить аппаратуру от воздействия нежелательного электромагнитного излучения. Например, при установке медицинских томографов. Очень часто используют в лабораториях, где нужно проводить высокоточные измерения и снизить воздействие электромагнитных шумов. При промышленном использовании обычно привлекают специалистов, которые смогут правильно рассчитать все параметры клетки.

В быту свойства этого изобретения чаще всего советуют использовать для защиты всевозможных электронных устройств (мобильные телефоны, планшеты и т. д.) от повреждения электромагнитным излучением или импульсом (волной). Эта волна может быть вызвана ядерным взрывом или каким-то природным явлением, например, вспышками на солнце.

Некоторые из них даже строят себе дома, которые являются «клетками Фарадея», чтобы полностью защититься от возможного влияния электромагнитных излучений. Пример такого дома вы видите на картинке выше. В жилище его хозяин сможет точно пережить любой катаклизм. Особенно популярна эта тема среди людей, которые боятся всякого рода излучений и их влияния на здоровье, а также среди верящих во всемирную катастрофу и готовящихся к выживанию после нее.

Клетка Фарадея — как сделать из подручных средств?

Наиболее простым вариантом изготовления клетки Фарадея своими руками может стать любой предмет с герметичным корпусом, электропроводящим наружным слоем и не проводящим электричество слоем внутри.

Таким предметом может стать буквально любой предмет домашнего обихода, который можно закрыть. Форма может быть самая разная: коробка, цилиндр, сфера – в общем-то, что угодно. Внутреннюю часть нужно сделать из любого материала, который не проводит электричество: картон, бумага, дерево, пластик и т. д. Поэтому проще всего взять уже готовый металлический предмет и вставить внутрь непроводящий электричество слой или, наоборот, взять предмет из не проводящего электричества слоя и обернуть его внешние части проводящим слоем (например, фольгой). Даже если вы просто обернете свой прибор в фольгу – это уже будет простейшая клетка Фарадея, своими руками сделанная.

Данная клетка Фарадея (фото представлено) сделана из обычного деревянного ящика.

Из обычного мусорного металлического бака, металлического ящика или неэмалированного ведра с крышкой тоже можно сделать клетку Фарадея, просто выложив внутреннюю поверхность картоном.

Вот такой старый ящик для инструментов может стать прекрасной основой для данного прибора.

Может ли клетка иметь отверстия?

Если эти отверстия относительно небольшие по отношению к длине волны, тогда да, она может иметь отверстия. Например, для волны в 1 ГГц длина волны составляет 0,3 м в свободном пространстве, поэтому если в клетке отверстия меньше этого значения, все в порядке! Поэтому так часто строят клетки из сетки.

Что делать с дверью?

Если вы собираетесь построить большую клетку с дверью или зазорами между крышкой и основанием, тогда возможно небольшое проникновение электромагнитного излучения внутрь клетки. Поэтому лучше всего для такого рода конструкций использовать на швах ленту или материал, который проводит электричество и при этом закрывает шов.

Что можно использовать из подручных средств?

Разрешается использовать все, что видите в своем доме, если это сделано из проводящих материалов. Примеров можно привести много:

  • металлические мусорные баки;
  • ведра;
  • ящики;
  • коробки;
  • корпуса микроволновок и т. д.

Нужно ли заземлять конструкцию?

До сих пор не единого мнения по поводу того, нужно ли заземлять клетку Фарадея или нет.

Но это зависит от многих факторов — размеров, где и для чего она будет использоваться и т. д. Но общие правила таковы: заземлять не нужно маленькие конструкции, а вот для больших это сделать необходимо.

В большой клетке может возникнуть электромагнитное излучение, которое может навредить человеку, если он случайно коснется работающего прибора. Тогда как в маленького размера клетке излучение небольшое.

Поэтому перед тем как продумывать конструкцию, внимательно изучите рекомендации по заземлению.

Как проверить работу клетки Фарадея?

Можно положить внутрь работающий радиоприемник с включенным каким-то сильным FM-каналом. Если после того как закроете клетку вы все еще слышите работу радиоприемника, значит, она недостаточно плотно закрыта.

Или можно положить внутрь мобильный телефон и попробовать позвонить на него. Если телефон будет вне зоны приема, значит, клетка работает хорошо.

Итак, вы знаете теперь, что такое, для чего нужна и как сделать клетку Фарадея своими руками. Покупая готовую клетку или решая сделать ее самостоятельно, убедитесь, что размер соответствует ваши нуждам, и вы сможете поместить в нее все, что хотели. Нужна ли она для проведения научных экспериментов или для защиты электроники от воздействия электромагнитного излучения, не столь важно. Вы всегда можете легко сделать вашу собственную клетку Фарадея из подручных средств.

Клетка Фарадея

Кле́тка Фараде́я — устройство, изобретённое английским физиком и химиком Майклом Фарадеем в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой клетку, выполненную из хорошо токопроводящего материала.

Принцип работы клетки Фарадея очень простой — при попадании замкнутой электропроводящей оболочки в электрическое поле свободные электроны оболочки начинают двигаться под воздействием этого поля. В результате противоположные стороны клетки приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее поле.

Клетка Фарадея защищает только от электрического поля. Статическое магнитное поле будет проникать внутрь. Изменяющееся электрическое поле создаёт изменяющееся магнитное, которое, в свою очередь, порождает изменяющееся электрическое. Поэтому если с помощью клетки Фарадея блокируется изменяющееся электрическое поле, то изменяющееся магнитное поле генерироваться также не будет.

Однако в области высоких частот действие такого экрана основано на отражении электромагнитных волн от поверхности экрана и затухании высокочастотной энергии в его толще вследствие тепловых потерь на вихревые токи.

Способность клетки Фарадея экранировать электромагнитное излучение определяется:

  1. толщиной материала, из которого она изготовлена;
  2. глубиной скин-эффекта;
  3. соотношением размеров проёмов в ней с длиной волны внешнего излучения.

Для экранировки кабеля необходимо создать клетку Фарадея с хорошо проводящей поверхностью по всей длине экранируемых проводников. Для того чтобы клетка Фарадея эффективно работала, размер ячейки сетки должен быть значительно меньше длины волны излучения, защиту от которого требуется обеспечить.

См. также

  • Воздушный зазор
  • Шапочка из фольги
  • Электромагнитная совместимость

Ссылки

  • Клетка Фарадея. Словарь по естественным наукам.
  • Распределение зарядов в проводнике. Клетка Фарадея\Physel.ru
  • Are Faraday cages less effective than previously thought? physicsworld.com
Это заготовка статьи по физике. Вы можете помочь проекту, дополнив её.

Что такое wiki2.info Вики является главным информационным ресурсом в интернете. Она открыта для любого пользователя. Вики это библиотека, которая является общественной и многоязычной.

Основа этой страницы находится в Википедии. Текст доступен по лицензии CC BY-SA 3.0 Unported License.

Wikipedia® — зарегистрированный товарный знак организации Wikimedia Foundation, Inc. wiki2.info является независимой компанией и не аффилирована с Фондом Викимедиа (Wikimedia Foundation).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector