המדען והממציא המבריק של המאה ה-19, מייקל פאראדיי, ידוע בעבודתו הפעילה עם חשמל, שדה אלקטרומגנטי ותופעות פיזיקליות קשורות. אחת התגליות המשמעותיות ביותר הייתה מבנה מגן בשם כלוב פאראדיי. להלן נבין במה מדובר ואיזה ערך מעשי מייצגת ההמצאה.
תוֹכֶן
מה זה כלוב פאראדיי
כלוב פאראדיי הוא קופסה עם קירות העשויים ממתכת בעלת מוליכות גבוהה. העיצוב אינו דורש חיבור חשמל חיצוני, אבל, ככלל, מקורקע. ההשפעה הפיזית של התא באה לידי ביטוי בהשפעת גורם חיצוני, שהוא קרינה אלקטרומגנטית.
המבנים הראשונים שהדגימו את אפקט המיגון נראו כמו תא רגיל, מה שנתן את השם לתופעה זו.למעשה, החוט או הקירות המחוררים של ה"קופסה" נוחים לשליטה ויזואלית של חפצים או מכשירים הממוקמים בתוך חלל מצומצם, אך ניתן להחליפם בקלות במוצקים. העיקר שהחומר מוליך.
עקרון הפעולה
פעולתו של כלוב פאראדיי מבוססת על כך שהמטען, כאשר הוא נכנס למוליך, מופץ על פני השטח שלו, בעוד החלק הפנימי נשאר ניטרלי. למעשה, התא כולו, המורכב מחומר מוליך, הוא מוליך יחיד, ש"קצוותיו" מקבלים את המטען ההפוך. הזרם החשמלי שנוצר יוצר שדה המפצה על השפעות חיצוניות. עוצמת השדה החשמלי בחלק הפנימי של מבנה כזה היא אפס.
מעניין שאם השדה נוצר בתוך התא, אז האפקט גם עובד. עם זאת, בתרחיש זה, המטען יתפזר על פני השטח הפנימי של הרשת או מישור מוליך אחר ולא יוכל לחדור החוצה.
בטרמינולוגיה באנגלית, CF נשמע כמו "מגן פארדיי", כלומר "מגן פארדיי / מסך". הרעיון הזה מעביר היטב את מהות המכשיר, שכמו מגן או מסך מגן, משקף את הקרניים המשפיעות על תכולתו.
יש לזכור שאפקט המיגון פועל רק על שדה מגנטי מתחלף. זה לא מפריע להשפעה מגנטית קבועה או משתנה מעט, למשל, הפוטנציאל המגנטי הטבעי של כדור הארץ.
כדי לקבוע אם תא פאראדיי ישקף קרינה בתדר גבוה, מספיק לדעת את גודל תאי הרשת (אם החלק המוליך עשוי בצורה של כלוב) ואת אורך הגל של הגל הפועל.הבנייה יעילה אם הערך השני גדול מהראשון.
תחומי יישום של אפקט CF
להשפעה שגילה פאראדיי יש לא רק משמעות מדעית, אלא גם יישום מעשי רחב למדי. הדוגמה הפשוטה ביותר של כלוב פאראדיי ניתן למצוא בחיי היומיום, הוא קיים כמעט בכל מטבח - זהו תנור מיקרוגל. חמישה קירות של גופו עשויים מלוחות פלדה עבים למדי, ובין שתי שכבות הזכוכית של הדלת ישנה שכבת מתכת עם נקבים לנראות טובה יותר.
תא RF
תא בתדר רדיו הוא חדר מבודד מהשפעות של פליטת חשמל, מגנט ורדיו, בדרך כלל של שטח קטן. הקירות, הרצפה והתקרה שלו מצוידים בסורגים בעלי מוליכות גבוהה היוצרים כלוב סגור אך בלתי נראה.
חדרי MRI
ציוד בעל דיוק גבוה כגון טומוגרפיה רפואית לאבחון תהודה מגנטית דורש הגנה קפדנית מפני גלים אלקטרומגנטיים חיצוניים. ההשפעה החיצונית הקלה ביותר יכולה להשפיע על תוצאת המחקר, ולכן החדר בו ממוקמת יחידת ה-MRI מוגן לחלוטין.
מעבדות
במחקר מעבדתי, על מנת לקבל תוצאות מדויקות, חשוב לא רק להשתמש בציוד מתקדם, אלא גם להגן עליו בצורה אמינה מפני גורמים חיצוניים כמו שדות מגנטיים וחשמליים.
יש להבין כי הכוונה היא לא רק לקרינה כיוונית ממקורות ספציפיים, אלא גם לרעש אלקטרומגנטי שנמצא כל הזמן באטמוספירה, במיוחד באזורים מיושבים ובסביבתם.
עבור מיגון איכותי של ציוד עם אפקט CF, נדרשים חישובי עיצוב מיוחדים והתקנה מקצועית.
חליפות מגן
עבור אנשים העובדים באזורים עם סבירות גבוהה להתחשמלות, פותחו חליפות מיוחדות. השכבה העליונה שלהם עשויה מבד המכיל מתכת ומופרדת מהגוף על ידי חומר מבודד. במקרה של שיורי זרם סטטי או חשמלי, המטען זורם במורד המעטפת החיצונית של הערכה.
ביגוד מגן הוא הכרחי כאשר עובדים עם קווי מתח גבוה. אפילו ללא אנרגיה, הם שומרים על רמה מסוכנת של מטען סטטי בגלל קילומטרים רבים של חוטי חשמל.
בעולם הבידור
אפקט ה-CF, המוצג בצבעוניות על הבמה, מרהיב מאוד. במקרה זה, לרוב משתמשים בכלוב לא פשוט, אלא במעטפת חסרת משקל לכאורה עשויה רשת גסה, או אפילו חליפה מעוצבת במיוחד המזכירה בגדים רגילים. במקרה זה, הזרם מסופק בצורה יעילה ככל האפשר, למשל באמצעות סלילי טסלה או מכשירים דומים היוצרים מטען מגנרטור אלקטרוסטטי.
הכנת כלוב פאראדיי במו ידיך
בחיי היומיום, ייצור של CF תוצרת בית עשוי להיות נחוץ כדי "להסתיר" גאדג'טים מפני פעולתם של גלים שונים שעלולים לגרום להפרעות ב"מילוי אלקטרוני רגיש".
דוגמה לעיצוב כזה היא קופסת דיקט בגימור בצורה מסוימת. מכיוון שהדיקט משמש כשכבת בידוד, הוא חייב להיות נקי ויבש לחלוטין. אתה יכול להרכיב את הקופסה במו ידיך או לקחת אותה מוכנה - העיקר שהיא תהיה מורכבת ללא שימוש במסמרים או מחברי מתכת אחרים. ההרכבה מתבצעת במספר שלבים:
- נייר כסף מחולק למקטעים, לפי גודל קירות הדיקט או החסר שלהם.
- המשטחים של הקופסה העתידית גזוזים בנייר כסף מבחוץ. במקרה זה, יש להפנות את הצד המבריק שלו כלפי חוץ.
- הקירות מהודקים מבפנים בנייר דבק, ובתחתית הקופסה מניחים זוג רפידות לעכבר.
- נבדק בקפידה שבמצב סגור של המכסה, שכבת נייר הכסף יוצרת קליפה רציפה, ללא הפערים והשברים הקטנים.
האפשרות השנייה מניחה שמיכל מתכת עשה זאת בעצמך (מחבת, קופסה, קופסה וכו') משמש כבסיס לכלוב פאראדיי, שבתוכו בידוד עשוי מקרטון, מאותו דיקט או חומר אחר. המצב של התאמה צמודה של המכסה לעיצוב זה חשוב לא פחות מזה שתואר לעיל.
האם אני צריך לעשות הארקה
אין הסכמה לגבי הצורך בביסוס ה-CF. חובה לקרקע מבנים גדולים וכאלה שיכולים להיות מושפעים מפריקה חשמלית חזקה במיוחד.
הארקה, כמובן, מגינה מפני מצבי חירום כאשר המטען החזק המצטבר יכול "לפרוץ" באוויר ולפגוע בחפץ או אדם קרובים.
בדיקת כלוב פאראדיי תוצרת בית
כדי לבדוק את העיקרון של כלוב פאראדיי הלכה למעשה, הכי נוח להשתמש ברדיו קומפקטי המופעל באמצעות סוללה. יש להפעיל אותו בעוצמה מרבית ולכוון לערוץ ה-FM החזק ביותר שקיים. אם התא פועל, הרדיו בו יושתק.
אם המקלט הוא לפחות קצת, אבל נשמע, זה אומר שלא ניתן היה להשיג מאה אחוז הקרנה, ויש לחפש פערים בשכבה המוליכה.
מתאים לבדיקת מצלמה וטלפון נייד בהרכבה עצמית. ברגע שנכנס, הוא יפסיק לקבל אותות מתחנות בסיס, כלומר כשתתקשר אליו, תשמע את ההודעה המתאימה מהמודיע האוטומטי של מפעיל הסלולר.
מאמרים דומים:
