Desen al unei grile de tip cușcă Faraday. Dispozitive de protecție primară (protecția clădirilor împotriva trăsnetului)

În 1836, un anume om de știință englez Michael Faraday a condus un experiment foarte interesant și educativ. Conform instrucțiunilor sale, o cușcă mare de lemn a fost acoperită cu foi de hârtie de tablă (staniol). Apoi a fost izolat de suprafața pământului și foarte încărcat cu ajutorul lui. Diferența de potențial a unui astfel de design cu pământul a fost atât de puternică încât atunci când corpurile conectate la acesta s-au apropiat. suprafața pământului, scântei au zburat de pe suprafața sa exterioară. Nu este surprinzător că această cușcă Faraday a inspirat frică în mulți martori oculari. Însuși fizicianul englez se afla în interiorul structurii sale, ținând în mâini un electroscop foarte sensibil.

Ce a dezvăluit cușca Faraday?

În timpul testului, un dispozitiv complet funcțional a fost arătat în mâinile unui fizician absență completă incarcare electrica. Aceasta înseamnă că o astfel de structură poate fi utilizată eficient ca un scut de închidere. Mai târziu s-a descoperit că capacitatea unui astfel de ecran de a neutraliza radiația electromagnetică depinde în mare măsură de grosimea materialului său, de adâncimea efectului de suprafață și de raportul dintre dimensiunea deschiderilor și lungimea undelor de influență. Astfel, au permis oamenilor să găsească o modalitate de a proteja echipamentele sensibile și sănătatea umană de efecte nocive puternic Această proprietate a fost folosită pe scară largă în practică și este greu de imaginat ce s-ar fi întâmplat cu omenirea dacă nu ar fi fost ingeniozitatea și curajul curajosului fizician.

Cum funcționează o cușcă Faraday?

Când o înveliș electric conductor închis intră într-un câmp electric, începe să influențeze electronii liberi, drept urmare părțile opuse ale unei astfel de structuri dobândesc sarcini, care la rândul lor creează un câmp care compensează complet. influență externă. Trebuie remarcat faptul că o cușcă Faraday poate proteja doar împotriva unui câmp electric. Iar câmpul magnetic, cu condiția să fie static, pătrunde liber în interior. Prin urmare, busola din interiorul unei astfel de structuri va funcționa corect. În cazul unui câmp electric dinamic se întâmplă următorul lucru: creează un câmp magnetic dinamic, care, conform legilor fizicii, generează propriul câmp electric schimbător, împiedicând crearea. camp magneticîn interiorul unui astfel de ecran.

Cuști Faraday moderne

În prezent, fenomenul descoperit de fizicianul englez este folosit pentru cabine de radiofrecvență, încăperi ecranate și cutii RF. Astfel de spații sunt utilizate pe scară largă oriunde este necesar pentru a proteja o persoană de un câmp electric. Plasele metalice fine sau foile de oțel perforat sunt acum utilizate de obicei ca material conductor electric, iar structurile în sine trebuie împământate pentru a disipa orice curent electric care poate apărea din radiația externă.
În plus, cușca Faraday este utilizată pe scară largă pentru efectuarea de tot felul de teste pe echipamente informatice, componente electronice etc. Există chiar și kituri speciale de ecranare individuale, iar unele companii oferă să protejeze oamenii din apartamentele lor pentru o mai mare siguranță.

Michael Faraday a fost un celebru om de știință englez experimental care a oferit lumii astfel de invenții ingenioase precum inductie electromagnetica, care stă la baza producției de energie electrică, motorul electric, transformatorul și multe alte dispozitive pe care le folosim și astăzi.

Dar astăzi vom vorbi despre un dispozitiv pe care l-a inventat la mijlocul secolului al XIX-lea. Aceasta este așa-numita cușcă Faraday.

Funcționarea dispozitivului se bazează pe capacitatea electronilor dintr-un înveliș conductor electric închis, atunci când sunt expuși la un câmp electric, de a dobândi o sarcină care compensează efectele câmpurilor externe. Astfel, pereții celulei protejează spațiul din interior de efectele radiațiilor electromagnetice externe.

O astfel de cușcă Faraday poate proteja chiar și o persoană de descărcarea electrică. Dar în ordine inversă, radiația generată în interiorul cuștii Faraday nu va ieși dacă este făcută cu un strat conducător spre interior. Prin urmare, suntem, de exemplu, protejați de efectele radiațiilor provenite de la un cuptor cu microunde atunci când ne aflăm în apropierea acestuia în timp ce acesta funcționează.

De ce acest dispozitiv se numește celulă?

Unii dintre ei își construiesc chiar case care sunt „cuști Faraday” de care să se protejeze complet posibila influenta radiatie electromagnetica. Puteți vedea un exemplu de astfel de casă în imaginea de mai sus. În casă, proprietarul acesteia va putea supraviețui cu siguranță oricărui cataclism. Acest subiect este deosebit de popular printre oamenii cărora le este frică de toate tipurile de radiații și de impactul acestora asupra sănătății, precum și printre cei care cred într-o catastrofă mondială și se pregătesc să supraviețuiască după aceasta.

Cușcă Faraday - cum să o faci din materialele disponibile?

Cel mai varianta simpla Realizarea unei cuști Faraday cu propriile mâini poate fi orice obiect cu o carcasă etanșă, un strat exterior conductor electric și un strat neconductor în interior.

Acest articol poate fi literalmente orice articol de uz casnic care poate fi închis. Forma poate fi foarte diferită: o cutie, un cilindru, o sferă - practic, orice. Partea interioară trebuie făcută din orice material care nu conduce electricitatea: carton, hârtie, lemn, plastic etc. Prin urmare, cel mai simplu mod este să luați un obiect metalic gata făcut și să introduceți un strat neconductor în interior sau, dimpotrivă, să luați un obiect dintr-un strat neconductor și înfășurați-l părțile sale exterioare sunt acoperite cu un strat conductor (de exemplu, folie). Chiar dacă doar îți înfășori dispozitivul în folie, acesta va fi deja cea mai simplă cușcă Faraday, făcută cu propriile mâini.

Notă! Cele mai eficiente sunt cuștile de casă realizate din structuri cu cadru de lemn, folosind plasă de cupru sau aluminiu. Dacă decideți să instalați o cușcă Faraday dintr-un obiect metalic gata făcut, atunci asigurați-vă că capacul și cutia au contact bun, Care oferă protecţie fiabilă de la pătrunderea radiațiilor în interior. Și, de asemenea, că articolul este fabricat din metal galvanizat.

Această cușcă Faraday (foto prezentată) este realizată dintr-o cutie obișnuită de lemn.

De asemenea, puteți face o cușcă Faraday dintr-un coș de gunoi obișnuit din metal, cutie metalică sau găleată fără email cu capac, pur și simplu căptușind suprafața interioară cu carton.

O cutie veche de instrumente ca aceasta poate fi o bază excelentă pentru acest dispozitiv.

Poate o celulă să aibă găuri?

Dacă aceste găuri sunt relativ mici în raport cu lungimea de undă, atunci da, poate avea găuri. De exemplu, pentru o undă de 1 GHz, lungimea de undă este de 0,3 m în spațiul liber, așa că dacă găurile din cușcă sunt mai mici decât această valoare, totul este în regulă! De aceea, cuștile sunt adesea construite din plasă.

Ce să faci cu ușa?

Dacă intenționați să construiți o cușcă mare cu o ușă sau spații între capac și bază, atunci este posibil să existe o radiație electromagnetică care se scurge în cușcă. Prin urmare, cel mai bine este ca acest tip de construcție să folosească bandă sau material pe cusături care conduc electricitatea și, în același timp, acoperă cusătura.

Ce poți folosi din mijloacele disponibile?

Aveți voie să utilizați orice vedeți în casa dvs., atâta timp cât este fabricat din materiale conductoare. Există multe exemple:

Coșuri de gunoi metalice;
găleți;
cutii;
cutii;
carcase cuptor cu microunde etc.

Structura trebuie împământata?

Încă nu există un consens asupra faptului dacă o cușcă Faraday trebuie să fie pusă la pământ sau nu.

Dar asta depinde de mulți factori - dimensiuni, unde și pentru ce va fi folosit etc. Dar reguli generale sunt următoarele: nu este necesară împământarea structurilor mici, dar pentru cele mari este necesară.

Într-o cușcă mare, se pot genera radiații electromagnetice care pot dăuna unei persoane dacă atinge accidental un dispozitiv care funcționează. întrucât în mărime mică radiația celulară este mică.

Prin urmare, înainte de a vă gândi la proiectare, studiați cu atenție recomandările de împământare.

Cum se verifică funcționarea unei cuști Faraday?

Puteți pune un radio funcțional înăuntru cu un canal FM puternic pornit. Dacă încă auziți radioul după închiderea cuștii, acesta nu este suficient de etanș.

Sau o poți pune înăuntru telefon mobilși încearcă să-l suni. Dacă telefonul se află în afara domeniului de recepție, atunci celula funcționează bine.

Deci, acum știi ce este, pentru ce este și cum să faci o cușcă Faraday cu propriile mâini. Indiferent dacă cumpărați o cușcă prefabricată sau vă decideți să faceți una singur, asigurați-vă că dimensiunea se potrivește nevoilor dvs., astfel încât să puteți încadra în ea tot ceea ce doriți. Nu este atât de important dacă este necesar pentru a efectua experimente științifice sau pentru a proteja electronicele de expunerea la radiații electromagnetice. Îți poți face oricând cu ușurință propria cușcă Faraday folosind materialele disponibile.

Numele corpului Departamentul de Educatie	Administrația Districtului Municipal Taimyr Dolgano-Nenets a Direcției Educație
Nume instituție educațională	Instituția de învățământ municipală din Taimyr „Școala secundară nr. 7 Dudinskaya”
Numele conferinței	Conferința științifică și practică municipală de cercetare și munca de proiectare„Până de aur”
Tipul muncii	Cercetare
Numele direcției (secțiunea)	Direcția fizică și matematică
Titlul subiectului de lucru	„Cușca Faraday”
NUMELE COMPLET autor	Mastyugin Dmitry Sergeevich, născut la 28 mai 2000
Adresa de acasa	Dudinka, st. Dudinskaya, 13, ap. 328
Loc de studiu	TMK OU "Școala Dudino nr. 7"
Clasă	9 "B"
Director stiintific	Prohorov Denis Viktorovici
numar de contact	8-913-502-24-66

adnotare

În această lucrare, consider una dintre problemele protecției împotriva radiațiilor electromagnetice atât a oamenilor, cât și a echipamentelor pentru diverse scopuri. Analizând literatura tehnică, mi-am îndreptat atenția și asupra modelului cuștii Faraday. Și m-am întrebat despre posibilitatea de a crea o astfel de celulă la scară mică și mare.

A formulat o ipoteză:

S-a definit scopul lucrării:

Stabiliți sarcini:

Drept urmare, am studiat principiul de funcționare al unei cuști Faraday. Funcționarea dispozitivului se bazează pe capacitatea electronilor dintr-un înveliș electric conductor închis de a dobândi o sarcină atunci când intră într-un câmp electric.

A făcut un model de cușcă Faraday. Această cutie este neconductivă și are o suprafață din aluminiu. Am aflat că dispozitivul blochează radiațiile electromagnetice.

Cuprins

Introducere…………………………………………………………………………………..

Partea teoretică ………………………………………………………

Capitolul I. Radiația electromagnetică…………………………………..

Esența fizică a radiației electromagnetice. feluri ……

Radiația electromagnetică de la telefoanele mobile……

Descoperirea lui Michael Faraday…………………………………………….

CapitolII. Partea practică……………………………………………………….

Realizarea unei cuști Faraday……………………………………………

Calcul teoretic al materialului absorbant pentru public

Concluzie ……………………………………………………………………….

Bibliografie ………………………………………………………

Aplicații…………………………………………………………..

Introducere

Uneori am observat că în unele camere conexiunea celulară a început să slăbească, sau chiar să dispară complet. Devenind interesat de această problemă, am început să studiez motivele acestui fenomen. Se dovedește că așa-numita cușcă Faraday provoacă acest efect.

Ipoteză: Este realist să pregătiți audiența pentru examene în așa fel încât să nu fie posibilă utilizarea internetului în timpul examenului, dacă ați reuși totuși să aduceți echipamente de comunicare în birou.

Scopul lucrării: efectuează calcule tehnice ale materialelor necesare echipamentelor de clasă.

Obiectivele postului:

1) Dezvăluie esența conceptului de radiație electromagnetică;

2) Studiați principiul de funcționare al cuștii Faraday;

3) Realizați un model de cușcă Faraday;

4) Aplicați cunoștințele dobândite în proiectare.

Obiect de studiu - radiatie electromagnetica.

Subiect de cercetare – capacitatea materialelor de a bloca radiațiile electromagnetice.

Tehnici și metode de cercetare:

Studierea literaturii tehnice;

Studierea surselor de pe Internet;

Realizarea unei cuști Faraday;

Calculul consumabilelor.

Partea teoretică

Capitolul I. Radiaţiile electromagnetice

1. Esența fizică a radiației electromagnetice. feluri

În procesul vieții, o persoană este afectată de câmpuri magnetice naturale (câmp magnetic al Pământului, emisie radio de la soare, electricitate atmosferică), precum și câmpuri electromagnetice artificiale. În timp ce câmpul electromagnetic natural a rămas practic constant timp de mii de ani, nivelul câmpurilor electromagnetice artificiale a crescut foarte mult în ultimele decenii.

Sursele câmpurilor electromagnetice artificiale sunt: câmpurile electromagnetice de joasă frecvență, care sunt utilizate în producția industrială, câmpurile de înaltă frecvență (comunicații radio, TV, radiodifuziune); câmpuri electromagnetice în domeniul microundelor (radar, navigație, medicină, comunicații celulare).

Tipuri de radiații electromagnetice

Radiația electromagnetică este de obicei împărțită în funcție de intervale de frecvență. Nu există tranziții ascuțite între intervale; uneori se suprapun, iar granițele dintre ele sunt arbitrare. Deoarece viteza de propagare a radiației este constantă, frecvența oscilațiilor sale este strict legată de lungimea de undă în vid.

Undele radio sunt radiații electromagnetice cu lungimi de undă de 5 × 10-5 - 1010 metri și, respectiv, frecvențe de la 6 × 1012 Hz și până la mai multe. Undele radio sunt folosite pentru a transmite date în rețelele radio. Undele radio apar atunci când curentul alternativ cu frecvența corespunzătoare trece prin conductori. Și invers, o undă electromagnetică care trece prin spațiu excită un curent alternativ corespunzător într-un conductor. Această proprietate este utilizată în inginerie radio la proiectarea antenelor. Sursa naturală a valurilor din acest interval sunt furtunile.

Regiunea optică a spectrului este vizibilă, în infraroșu și radiații ultraviolete. Identificarea unei astfel de regiuni se datorează nu numai proximității părților corespunzătoare ale spectrului, ci și asemănării instrumentelor utilizate pentru studiul ei și dezvoltate istoric în special în studiul luminii vizibile (lentile și oglinzi pentru focalizarea radiațiilor). , prisme, rețele de difracție, dispozitive de interferență pentru studiul compoziției spectrale a radiațiilor etc.).

Frecvențele undelor din regiunea optică a spectrului sunt deja comparabile cu frecvențele naturale ale atomilor și moleculelor, iar lungimile lor sunt comparabile cu dimensiunile moleculare și distanțele intermoleculare. Datorită acestui fapt, fenomenele cauzate de structura atomică a materiei devin semnificative în această zonă. Din același motiv, alături de proprietățile undei, apar și proprietățile cuantice ale luminii.

Cea mai cunoscută sursă de radiație optică este Soarele. Suprafața sa (fotosfera) este încălzită la o temperatură de 6000 de grade și strălucește cu lumină albă strălucitoare (maximul spectrului continuu al radiației solare este situat în regiunea „verde” de 550 nm, unde se află sensibilitatea maximă a ochiului ). Tocmai pentru că ne-am născut lângă o astfel de stea, această parte a spectrului radiațiilor electromagnetice este percepută direct de simțurile noastre.

Radiația în domeniul optic apare, în special, atunci când corpurile sunt încălzite ( Radiatii infrarosii numită şi termică) datorită mişcării termice a atomilor şi moleculelor. Cu cât un corp este mai încălzit, cu atât este mai mare frecvența la care se află maximul spectrului său de radiații. Când este încălzit la un anumit nivel, corpul începe să strălucească în intervalul vizibil (incandescență), mai întâi roșu, apoi galben și așa mai departe. În schimb, radiația din spectrul optic are un efect termic asupra corpurilor.

Radiația optică poate fi creată și detectată în reacții chimice și biologice. Una dintre cele mai cunoscute reacții chimice, care sunt un receptor de radiație optică, sunt folosite în fotografie. Sursa de energie pentru majoritatea viețuitoarelor de pe Pământ este fotosinteza - o reacție biologică care are loc la plante sub influența radiației optice de la Soare.

2. Radiația electromagnetică de la telefoanele mobile

Radiotelefonia celulară este unul dintre sistemele de telecomunicații cu cea mai rapidă dezvoltare în prezent. Elementele principale ale sistemului comunicatii celulare sunt stațiile de bază (BS) și radiotelefoanele mobile (MRT). Stațiile de bază mențin comunicația radio cu radiotelefoanele mobile, drept urmare BS și RMN sunt surse de radiații electromagnetice în domeniul UHF. Caracteristică importantă sistemele de comunicații radio celulare sunt foarte utilizare eficientă spectrul de frecvențe radio alocat pentru funcționarea sistemului, ceea ce face posibilă furnizarea de comunicații telefonice unui număr semnificativ de abonați. Sistemul funcționează pe principiul împărțirii unui anumit teritoriu în zone, sau „celule”, cu o rază de obicei de 0,5-10 kilometri.

Stațiile de bază mențin comunicarea cu radiotelefoanele mobile situate în zona lor de acoperire și funcționează în moduri de recepție și transmisie a semnalului. În funcție de standard, BS emit energie electromagnetică în intervalul de frecvență de la 463 la 1880 MHz. Antenele BS sunt instalate la o înălțime de 15–100 de metri de suprafața solului pe clădiri existente sau pe catarge special construite.

Pe baza cerințelor tehnologice pentru construirea unui sistem de comunicații celulare, modelul de radiație al antenei în plan vertical este proiectat astfel încât energia principală a radiației (mai mult de 90%) să fie concentrată într-un „fascicul” destul de îngust. Este întotdeauna îndreptată departe de structurile pe care sunt amplasate antenele BS și deasupra clădirilor adiacente, ceea ce este o conditie necesara pentru funcționarea normală a sistemului.

Un radiotelefon mobil (MRT) este un transceiver de dimensiuni mici. În funcție de standardul telefonului, transmisia se realizează în intervalul de frecvență 453 – 1785 MHz. Puterea radiației RMN este o valoare variabilă care depinde în mare măsură de starea canalului de comunicație „radiotelefon mobil – stație de bază”, adică cu cât nivelul semnalului BS este mai mare la locația de recepție, cu atât puterea radiației RMN este mai mică. Puterea maximă este în intervalul 0,125–1 W, dar în condiții reale nu depășește de obicei 0,05–0,2 W.

3. Descoperirea lui Michael Faraday

Următoarea afirmație a lui Faraday datează din 1854: „Sunt sigur că adevărul despre această viață nu poate fi obținut nici măcar prin cea mai inegalabilă manifestare a înțelepciunii umane. El este revelat nu prin propria noastră rațiune, ci prin credința elementară în dovezile date. pentru noi." Judecând după cât de perfecte și uimitoare în simplitatea lor au fost experimentele sale, putem spune că Faraday a servit literalmente știința cu fidelitate.

Michael Faraday a fost faimos în timpul vieții sale și a prevăzut dezvoltarea gândirii științifice pentru multe decenii următoare. A fost o figură atât de controversată, încât studenții și adepții săi au considerat descoperirile sale strălucite ca fiind rezultatul unei educații insuficiente și nu au avut încredere în acuratețea experimentelor pe care le-a efectuat din cauza „ciudățeniei” caracterului omului de știință. Poate că există ceva adevăr în asta: urmând propria sa cale specială în știință, în totală contradicție cu viziunea științifică dominantă asupra lumii, Faraday a găsit adesea modele și a văzut relații reciproce în care nimeni înaintea lui nu le-a recunoscut sau nu le-a putut vedea...

Michael Faraday a oferit lumii astfel de invenții ingenioase precum inducția electromagnetică, care stă la baza producției de electricitate, un motor electric, un transformator și multe alte dispozitive pe care le folosim și astăzi.

Vă voi povesti despre dispozitivul pe care l-a inventat la mijlocul secolului al XIX-lea. Aceasta este așa-numita cușcă Faraday.

De ce acest dispozitiv se numește celulă?

Pentru că primele au fost realizate cu o cușcă metalică. Chiar și astăzi, desenele industriale sunt realizate și arată ca o cușcă de metal făcută din materiale care conduc bine electricitatea. Eficiența și puterea sa depind de grosimea materialului din care este realizat și de raportul dintre dimensiunea deschiderii și lungimea de undă a câmpului extern care acționează.

Cușcă Faraday - principiu de funcționare

Totul ingenios este simplu! Însuși principiul de funcționare al acestui dispozitiv este foarte simplu - atunci când o cușcă Faraday este expusă unui câmp electric, electronii liberi din interiorul materialului din care este făcut încep să se miște, adunându-se într-un anumit fel. Ca urmare a acestui fapt, pereții opuși ai celulei primesc sarcini opuse, creând un nou câmp care are direcția opusă celei externe. Acest nou câmp compensează câmpul electromagnetic extern, ceea ce înseamnă că nu există zgomot electric sau câmp electric în interiorul celulei.

Această metodă de reflexie sau ecranare funcționează numai atunci când este expusă la câmpuri electrice și câmpuri magnetice alternative, care sunt, de asemenea, generate de acestea. Acest dispozitiv nu poate proteja împotriva unui câmp magnetic static.

Pentru ce este?

Este folosit în principal în industrie pentru a proteja echipamentele de radiațiile electromagnetice nedorite. De exemplu, la instalarea tomografelor medicale. Foarte des folosit în laboratoare unde este necesar să se efectueze măsurători de înaltă precizie și să se reducă impactul zgomotului electromagnetic. Pentru uz industrial, de obicei sunt implicați specialiști care pot calcula corect toți parametrii celulei.

În viața de zi cu zi, proprietățile acestei invenții sunt cel mai adesea recomandate pentru a fi utilizate pentru a proteja toate tipurile de dispozitive electronice(telefoane mobile, tablete etc.) de la deteriorarea cauzată de radiații electromagnetice sau puls (undă). Acest val poate fi cauzat de oricare fenomen natural, de exemplu, erupții solare.

Unii dintre ei chiar construiesc case care sunt „cuști Faraday” pentru a se proteja complet de posibila influență a radiațiilor electromagnetice. Puteți vedea un exemplu de astfel de casă în imaginea de mai sus. În casă, proprietarul acesteia va putea supraviețui cu siguranță oricărui cataclism. Acest subiect este deosebit de popular printre oamenii cărora le este frică de toate tipurile de radiații și de impactul acestora asupra sănătății, precum și printre cei care cred într-o catastrofă mondială și se pregătesc să supraviețuiască după aceasta.

Capitol II . Partea practică

1. Realizarea unei cuști Faraday

Cea mai simplă opțiune pentru a face o cușcă Faraday cu propriile mâini poate fi orice obiect cu o carcasă etanșă, un strat exterior conductor electric și un strat neconductor în interior.

Acest articol poate fi literalmente orice articol de uz casnic care poate fi închis. Forma poate fi foarte diferită: o cutie, un cilindru, o sferă - practic, orice. Partea interioară trebuie să fie realizată din orice material care nu conduce electricitatea: carton, hârtie, lemn, plastic etc. Prin urmare, cel mai simplu mod este să luați un obiect metalic gata făcut și să introduceți un strat neconductor în interior sau, dimpotrivă , luați un obiect dintr-un strat neconductor și înfășurați părțile sale exterioare cu un strat conductor (de exemplu, folie). Chiar dacă doar îți înfășori dispozitivul în folie, acesta va fi deja cea mai simplă cușcă Faraday, făcută cu propriile mâini.

Notă! Cele mai eficiente sunt cuștile de casă realizate din structuri cu cadru de lemn, folosind plasă de cupru sau aluminiu. Dacă decideți să instalați o cușcă Faraday dintr-un obiect metalic gata făcut, atunci asigurați-vă că capacul și cutia au un contact bun, ceea ce oferă protecție fiabilă împotriva pătrunderii radiațiilor în interior. Și, de asemenea, că articolul este fabricat din metal galvanizat.

O cutie veche de instrumente ca aceasta poate fi o bază excelentă pentru acest dispozitiv.

Poate o celulă să aibă găuri?

Dacă aceste găuri sunt relativ mici în raport cu lungimea de undă, atunci da, poate avea găuri. De exemplu, pentru o undă de 1 GHz este de 0,3 m în spațiul liber, așa că dacă găurile din cușcă sunt mai mici decât această valoare, totul este în regulă! De aceea, cuștile sunt adesea construite din plasă.

Ce să faci cu ușa?

Ce poți folosi din mijloacele disponibile?

Aveți voie să utilizați orice vedeți în casa dvs., atâta timp cât este fabricat din materiale conductoare. Există multe exemple:

Coșuri de gunoi metalice;

găleți;

cutii;

carcase cuptor cu microunde etc.

Structura trebuie împământata?

Încă nu există un consens asupra faptului dacă o cușcă Faraday trebuie să fie pusă la pământ sau nu.

Dar acest lucru depinde de mulți factori - dimensiune, unde și pentru ce va fi folosit etc. Dar regulile generale sunt următoarele: structurile mici nu trebuie să fie împământate, dar pentru cele mari este necesar.

Într-o cușcă mare, se pot genera radiații electromagnetice care pot dăuna unei persoane dacă atinge accidental un dispozitiv care funcționează. În timp ce într-o celulă mică radiația este mică.

Prin urmare, înainte de a vă gândi la proiectare, studiați cu atenție recomandările de împământare.

Cum se verifică funcționarea unei cuști Faraday?

Puteți pune un radio funcțional înăuntru cu un canal FM puternic pornit. Dacă încă auziți radioul după închiderea cuștii, acesta nu este suficient de etanș.

Sau puteți pune telefonul mobil înăuntru și încercați să-l suni. Dacă telefonul se află în afara domeniului de recepție, atunci celula funcționează bine.

2. Calculul teoretic al materialului absorbant pentru public

Aleg o cutie și un material conductiv pentru un viitor model simplu de cușcă Faraday.

1. Cutie dielectrică (polipropilenă) dintr-o casetă videoVHS.

2. Rolă de folie de aluminiu conductivă de calitate alimentară.

Finalizez ansamblul tehnologic al modelului folosind lipici.. Testez celula.

R. Mai întâi formez telefonul, care este într-o cutie închisă. El ajunge în afara zonei de acoperire a rețelei.

B. Apoi încerc să dau un apel de la un telefon care se află într-o cutie închisă. Telefonul extern nu răspunde deloc.

Calculul consumabilelor pentru sala de fizică:

Lungime – 6 m; latime – 5 m; înălțime – 3 m; suprafata totala – 126 m 2 (tavan, podea, patru pereți);

Penofol: 4 rulouri (30 m·1,2 m·4 mm) – 8120 ruble;

Gips-carton - 25 foi (1,2 m·3,0 m) - 8850 ruble (excluzând podeaua și geamurile termopan);

Lenoleum 30 m 2 - 4800 de ruble;

Tapet sau tapet foto;

Șuruburi autofiletante pentru gips-carton;

Chit și grund pentru pereți și bandă de armare.

Prețul total 21.770 de ruble.

Concluzie

A studiat principiul de funcționare al unei cuști Faraday. Funcționarea dispozitivului se bazează pe capacitatea electronilor dintr-un înveliș electric conductor închis de a dobândi o sarcină atunci când intră într-un câmp electric;

A făcut un model de cușcă Faraday. Această cutie este neconductivă și are o suprafață din aluminiu. Am aflat că dispozitivul blochează radiațiile electromagnetice;

Am calculat costul materialului pentru clasa în care se va susține examenul. Au fost necesare materiale de bază precum gips-carton și penofol. Costuri financiare: 21.770 de ruble. Kudryavtsev P. S. Faraday. – M., 1969.

Radovsky M. I. Mihail Faraday. Eseul bibliografic. – M., 1946.

Radovsky M.I. Faraday. – M., 1936.

Faraday M. Studii experimentale pe electricitate. Traducere din engleză E.A. Chernysheva și Y.R. Schmidt - Chernysheva. - Academia de Științe a URSS. 1947.

Aplicații

Făcând o cușcă Faraday

Testul cuștii Faraday

Cu toate că operatori de telefonie mobilă Ei finanțează cu generozitate oamenii de știință corupți prin granturi și scriu loturi de rapoarte despre beneficiile radiațiilor cu microunde pentru corpul uman, sunt oameni care încă se întreabă: este cu adevărat sigur? Și de ce oamenii bogați și puternici care dețin companii de telefonie mobilă și fabrici care produc smartphone-uri și echipamente Wi-Fi nu se grăbesc să investească în surse de emisie radio de înaltă frecvență? Pentru cetățeni atât de atenți, compania franceză Spartan a lansat un dispozitiv uimitor - o cușcă Faraday portabilă.

Ce este o cușcă Faraday?

O cușcă Faraday este un dispozitiv care de fapt seamănă vag cu o cușcă, care este făcută din elemente conductoare și este concepută pentru a proteja împotriva radiațiilor electromagnetice. Un obiect plasat într-o cușcă Faraday nu va fi afectat de câmpurile EM externe și invers. Vorbitor într-un limbaj simplu, celula este simplă și metoda eficienta protejați-vă de radiații.

Deci, cușca a fost inventată cu mult timp în urmă, eficiența sa a fost dovedită, dar de ce nu a putut fi folosită înainte pentru a proteja împotriva radiațiilor telefonului mobil? Răspunsul este evident: puțini oameni vor să stea voluntar într-o cușcă. Chiar și de dragul sănătății tale.

Revoluția tehnologică la Spartan

Descoperirea inovatoare a oamenilor de știință francezi de la Spartan a fost că au fost primii din lume care s-au gândit să facă o cușcă Faraday transportabilă. O persoană pur și simplu o pune pe sine și se poate mișca relativ liber. Dar problema a rămas - celula purtătoare, din punct de vedere estetic, a continuat să arate ca un prost. Nu toată lumea ar îndrăzni să vină să lucreze în ea. Și apoi oamenii de știință au făcut o a doua revoluție tehnologică și au produs o celulă într-un factor de formă care ar putea fi purtată sub îmbrăcăminte. Faceți cunoștință cu scutul electromagnetic pelvian spartan.

Slip Spartan (modelul „Spartan”)

Barele cuștii sunt realizate sub formă de fire de argint țesute în produs. Dispozitivul protejează până la 99% din radiația electromagnetică în domeniul microundelor. Dacă doriți, aduceți-vă smartphone-ul la ouă (vezi poza). Dacă doriți, puneți laptopul pe lucrurile personale (vezi fotografia de mai jos). Rezultatul este același - cea mai importantă parte a corpului este protejată în mod fiabil de radiații.

Costul dispozitivului este de 2.500 de ruble. Scutul electromagnetic testicular va fi disponibil pentru cumpărare în iunie 2017.

În 1836, fizicianul și inventatorul englez Michael Faraday a creat dispozitiv special pentru protejarea echipamentelor de radiațiile electromagnetice. Acest dispozitiv este și astăzi relevant și poartă încă numele omului de știință. Vorbim despre o cușcă Faraday.

Acest dispozitiv este o cușcă de protecție realizată din metal foarte conductiv și de obicei împământat. Principiul de funcționare al acestui dispozitiv simplu este, de asemenea, destul de simplu:

Când un câmp electric extern este aplicat unei celule, electronii liberi din metalul celulei sunt puși în mișcare, iar părțile opuse ale structurii devin încărcate, astfel încât câmpul lor compensează câmpul electric extern.

Acest lucru poate fi verificat printr-un experiment simplu cu două electroscoape și o cușcă Faraday încărcată de la o sursă de înaltă tensiune: un electroscop atașat la suprafața interioară a unei cuști Faraday din alamă și plasat în interiorul acesteia nu va arăta prezența unei sarcini electrice, dar un electroscop conectat în exterior va.

Un câmp magnetic constant, spre deosebire de unul electric, va pătrunde în interiorul celulei fără piedici. Cu toate acestea, deoarece câmpul electric alternativ, care generează un câmp magnetic alternativ, este ecranat de celulă, câmpul magnetic alternativ nu pătrunde în interiorul celulei, deoarece pur și simplu nu are timp să apară. Din acest motiv, cușca Faraday își protejează spațiul interior, precum și obiectele aflate în ea, nu numai de câmpul electric, ci și de acțiunea undelor electromagnetice externe.

Dacă acordați atenție frecvențelor înalte, atunci undele electromagnetice frecventa inalta(comparativ cu dimensiunea ochiului de plasă a celulei) va fi parțial reflectat de celulă și, de asemenea, se va atenua pur și simplu în grosimea metalului, inducând curenți turbionari în acesta și, în cele din urmă, disipând sub formă de căldură.

Cu toate acestea, eficacitatea funcției de ecranare a cuștii Faraday este legată de următorii parametri: adâncimea stratului de suprafață (stratul de piele), grosimea metalului cuștii și dimensiunea deschiderii în raport cu lungimea de undă a radiației externe. de care este necesară ecranarea. Astfel, cuști Faraday cu conductori din materiale foarte conductoare sunt folosite pentru ecranarea cablurilor. Pentru ca cușca Faraday să funcționeze eficient, dimensiunea celulei trebuie să fie mult mai mică decât lungimea de undă a radiației care este ecranată.

Toată lumea poate găsi un tip de cușcă Faraday în. Există o plasă metalică pe ușa cuptorului cu microunde, ale cărei celule sunt destul de mici în comparație cu lungimea de undă creată de magnetron. Cuptorul cu microunde funcționează la o frecvență de 2450 MHz, iar lungimea de undă aici este puțin mai mare de 12 cm; evident, plasa de pe ușa cuptorului cu microunde ecranează cu ușurință această radiație, împiedicând-o să scape în exterior.

Rolul restului cuștii într-un cuptor cu microunde este jucat de o cameră metalică în care se află alimentele care se încălzesc. Apropo, dacă puneți un telefon mobil într-un cuptor cu microunde (cu acesta oprit!), acesta va fi în afara razei de acoperire a rețelei, deoarece undele comunicațiilor celulare GSM sunt chiar mai lungi decât undele generate de magnetronul cuptorul cu microunde.

Există costume metalice care funcționează pe principiul unei cuști Faraday individuale, realizate din oțel inoxidabil și fibre de cupru. Astfel de costume sunt folosite de instalatorii de linii electrice de înaltă tensiune, deoarece chiar și o linie deconectată, lungă de mulți kilometri, acumulează o cantitate periculoasă de încărcare statică. Și costumul protejează o persoană de șoc electric.

Astfel de truse de protecție pe bază de țesătură argintie îi protejează și pe electricieni de efectele nocive ale câmpului electromagnetic al instalațiilor de înaltă tensiune, unde componenta electrică este foarte mare. Astfel de truse, conform producătorilor lor, sunt concepute pentru a proteja:

de la expunerea la un câmp electric de frecvență industrială;

din efectele curentului de polarizare cauzat de un câmp electromagnetic alternativ;

de la expunerea la radiații electromagnetice intense care apare în timpul unei descărcări între contactele deconectatoarelor;

din deversari curent electric atunci când atingeți obiecte împământate sau izolate, părți ale echipamentelor, precum și iarbă și tufișuri mici;

de la leziuni electrice atunci când sunt expuse la tensiuni induse sau trepte.

Trusele creează un spațiu închis și ecranat în jurul corpului unei persoane care poartă un costum, excluzând orice pătrundere a câmpului electric în interior. Toate elementele kitului sunt realizate din materiale conductoare electric și sunt conectate între ele prin canale cu conductivitate crescută și terminale de contact conductoare electric. Datorită unor astfel de costume, corpul uman este manevrat și este asigurată curgerea în siguranță a curenților de natură electrostatică sau capacitivă.

Pasionații folosesc și costume care seamănă cu cuști individuale Faraday. Curentul curge pur și simplu de-a lungul suprafeței costumului către părți conductoare cu mai puțină rezistență, fără a provoca rău persoanei care participă la spectacol.

După cum puteți vedea, cușca Faraday este folosită în multe locuri astăzi. Instalațiile electrice de înaltă tensiune sunt închise în cuști Faraday, cuștile Faraday sunt folosite în spectacole și, în sfârșit, orice producție asociată cu microundele periculoase și alte radiații electromagnetice nu se poate lipsi de ateliere și încăperi întregi închise în cuști Faraday.

Sperăm că acest articol v-a fost util și acum înțelegeți cât de important poate fi un dispozitiv simplu, care seamănă cu o cutie obișnuită cu plasă. La urma urmei, Cușca Faraday aplicatii diverse nu numai că protejează o varietate de echipamente sensibile la câmpuri electrice și radiații, dar protejează și sănătatea oamenilor, prevenind cancerul și multe alte boli care pot fi cauzate de expunerea excesivă la radiațiile electromagnetice asupra unui organism viu.

Andrei Povny