Kuinka rakentaa Faraday-häkki

Sisältö

• Faraday-häkki
• vinkkejä
• Faraday Cage DIY
• Faraday Cage Wifi
• Faraday-häkkisovellukset
• Faraday-häkin fysiikka
• Faraday Cage House
• Faraday-häkki generaattorihistoriaan

Sähkö voi olla vaarallista, mutta asianmukaisten turvatoimenpiteiden avulla voit tutkia kuinka lataukset virtaavat, miten sähkökentät tapahtuvat ja kuinka muut sähkön ilmiöt toimivat.

Fysiikan sähkön alkamisesta lähtien tutkijat ovat käyttäneet laitteita suojautuakseen vaurioilta kokeita suorittaessaan. Tämä tieto loisi Faraday-häkit menetelmin estämään ihmisiä loukkaantumasta sähköllä.

Faraday-häkki

vinkkejä

Kun ulkoinen sähkökenttä joutuu kosketukseen häkin kanssa, häkki tuottaa saman sähkökentän kuin ikään kuin lataus olisi sijoitettu sisälle. Pinta neutraloidaan siten, että ylimääräinen varaus virtaa maahan, jos häkki on maadoitettu. Tämä estää jännitteen muodostumisen häkin toiselle puolelle, joten kenttä ei kulje materiaalia. Varaukset jakautuivat itsensä materiaalin toiselle puolelle, kun pinnalle indusoivat sähköstaattiset varaukset.

Faraday Cage DIY

Tämä Faraday-häkin rakennusmenetelmä vaatii metallisia kupari- tai alumiinilevyjä, teippiä, saksia, pahvia tai vastaavaa materiaaliastian ja ilmapalloa testatakseen häkin toiminta. Materiaali, joka toimii parhaiten, on alumiini-, kupari- tai kanalankaa Faraday-kanaviiralan kanaa varten. Faraday-häkit vaativat paljon kontaktia metallikomponenttien välillä, jotta silmäsuunnittelu voi toimia hyvin.

Muotoile säiliö Faradayn suojaksi tai häkiksi kääntämällä siitä esimerkiksi laatikko, joka voi suojata sinua ympäristöltäsi. Kääri folio tai metallilevyt säiliön ympärille. Varmista, että häkissä on paljon kosketusta metallilevyjen välillä.

Leikkaa näyttö siten, että näet ulkopuolen häkin sisäpuolelta. Varmista, että reiät ovat pienemmät kuin sen sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus, jonka haluat estää pääsemästä.

Jotkut yleiset ohjeet ovat:

Faraday Cage Wifi

Kokeile käyttää matkapuhelinta häkin sisällä. Vastaanottaako tai lähettääkö se wifi-signaaleja? Sinun pitäisi silti hankkia heikompi määrä wifi-palveluita, koska Faraday-häkit voivat heikentää matkapuhelinten taajuutta, mutta eivät täysin pysäyttää sitä.

Matkapuhelimien käyttämillä radioaalloilla on riittävän pienet taajuudet vuotaa häkin pienten reikien läpi, joten joudut juottamaan tai hitsaamaan pienet raot Faraday-häkissä toimiakseen niitä vastaan.

Faraday-häkkisovellukset

Kemistit käyttävät Faraday-häkkejä ulkoisten lähteiden aiheuttaman melun vähentämiseksi tarkkoja mittauksia suorittaen. Digitaalisen oikeuslääketieteen tutkijat käyttävät Faraday-laukkuja, joustavasta metallisesta kankaasta valmistettuja Faraday-häkkejä estämään pyyhkiminen ja rikosoikeudellisten todisteiden muuttaminen.

Faraday-häkit tarjoavat tietokoneille tietoturvan estääkseen esimerkiksi vakoilun. Autot ja lentokoneet toimivat pääasiassa Faraday-häkeinä pitämällä matkustajia kosketuksessa haitallisten sähkölatausten kanssa.

Faraday-häkejä käytetään myös estämään radiolähettimiä häiritsemästä muita laitteita ja suojaamaan henkilöitä ja esineitä salamaiskuilta ja purkauksilta. Kodinkoneet käyttävät myös niitä. Mikroaaltouunissa on suojat, jotka estävät aaltoja poistumasta sisätiloistaan, kun taas TV-kaapelit vähentävät ulkoisia sähkömagneettisia häiriöitä kuvien luomiseksi.

Metallien erilainen johtavuus voi vaikuttaa siihen, kuinka Faraday-häkit estävät sähkökenttien pääsyn. Kupari on tehokkain, käytettävä sairaalan MRI-tiloissa ja tietokonelaitteissa, ja se voidaan muodostaa messinki- ja fosforipronssiseoksiksi vielä tarkempia tarkoituksia varten.

Alumiini on myös hyvä materiaali, koska se on painoltaan vahva ja sillä on suuri johtavuus, mutta se voi ruostua ajan myötä ja ei juota hyvin. Muita ominaisuuksia Faraday-häkkien suunnittelussa ovat hinta, korroosio, paksuus, muovattavuus, tukkeutuneet taajuudet ja miten itse materiaalit voidaan muodostaa häkkiin.

Faraday-häkin fysiikka

••• Syed Hussain Ather

Faraday-häkit suojaavat sisäpintaansa sähkökentiltä, ​​voimakentältä, joka ympäröi varautuneita hiukkasia, kuten protoneja tai elektroneja. Coulombs-lakia voidaan käyttää kuvaamaan sähkövoimaa E kuten E = e₁ e₂/ 4πε₀R² jossa _r on ladattujen hiukkasten välinen säde, ε₀ on vakio lukumäärä tyhjiölujuutta 8,854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ ja _e₁ e₂ ovat hiukkasten varauksia.

Häkin sisällä voidaan mitata mikä tahansa sähkö, joka joutuu kosketuksiin ulkopinnan kanssa, tällä kaavalla. Häkin sisällä oleva verkkokenttä pysyy nollana, mikä suojaa häkin sisällä olevaa.

Tasapainossa olevien johtimien, kuten Faraday-häkin johtavan materiaalin, varausten tulisi olla mahdollisimman kaukana toisistaan, jotta varaus pysyy pinnalla. Tämä pitää sähkökentän nollan sisällä. Jos toisit positiivisesti varautuneen esineen häkin ulkopuolelle, sisäpinnan elektronit kerääntyisivät sen ympärille poistaakseen sen.

Faraday Cage House

Jos kuvittelit itsesi Faradayn häkkitalossa, voit käyttää erilaisia ​​materiaaleja suojaamaan itsesi sähkömagneettisilta häiriöiltä.

Kupari on lääketieteessä luotettavin magneettikuvaus (MRI) -sovellus ihmisten suojaamiseksi sähkömagneettisen säteilyn vahingoilta. Se on myös helppo yhdistää muihin elementteihin sellaisten seosten muodostamiseksi, kuten messinki, fosforipronssi ja berylliumkupari, joiden johtavuusarvot ovat korkeammat.

Esiharkittu teräs on kustannustehokas materiaali, joka estää alempien taajuuksien pääsyn. Hiiliteräs on toinen ihanteellinen valinta, joka voi estää muiden seosten ja elementtien taajuudet. Nämä materiaalit toimitetaan usein tinapäällysteellä estämään niiden syöpymistä.

Kuparilejeeringin tiedetään kykenevän kestämään korroosiota. Alumiini on toinen ihanteellinen valinta, joka, vaikka sinun on tutkittava sen galvaaninen korroosio- ja hapettumisominaisuudet, voi toimia monenlaisiin sovelluksiin hyvän lujuus-paino-suhteen ja suuren johtavuuden vuoksi.

Faraday-häkki generaattorihistoriaan

••• Syed Hussain Ather

Fyysikko Michael Faraday havaitsi vuonna 1836, että varautunut johdin varastoi ylimääräisen varauksen itse materiaaliin, ei johtimen sulkemaan onteloon. Hän päällysti huoneen metallikalvolla. Sähköstaattisen generaattorin ollessa ulkopuolella hän huomasi, että elektroskoopinsa, laitteen, jolla mitattiin sähkövarausta, sisällä ei ollut mitään varausta. Hän käytti sitä Faraday-häkin rakentamiseen tälle generaattorille.

Seitsemän vuotta myöhemmin Faraday osoitti, että varaus pysyy metallipintojen johtimen pinnalla. Käyttämällä metallista ämpäriä jään kanssa hän osoitti, että johtimen säiliössä oleva sähkövaraus luo varauksen vaipan sisäpinnalle. Varaus ei vaikuttanut vaipan sisätilaan. Käyttämällä sähkökoskooppia sähkövarausten mittaamiseen, hänen kokeestaan ​​tulisi ensimmäinen sähkövarauksen kvantitatiivinen koe.