Der brillante Wissenschaftler und Erfinder des 19. Jahrhunderts, Michael Faraday, ist bekannt für seine aktive Arbeit mit Elektrizität, dem elektromagnetischen Feld und verwandten physikalischen Phänomenen. Eine der bedeutendsten Entdeckungen war eine Schutzstruktur namens Faraday-Käfig. Nachfolgend werden wir verstehen, was es ist und welchen praktischen Wert die Erfindung darstellt.
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Was ist ein faradayscher käfig
Ein Faraday-Käfig ist ein Kasten mit Wänden aus hochleitfähigem Metall. Das Design benötigt keinen externen Stromanschluss, ist aber in der Regel geerdet. Die physikalische Wirkung der Zelle manifestiert sich unter dem Einfluss eines äußeren Faktors, der elektromagnetische Strahlung ist.
Die ersten Konstrukte, die den Abschirmeffekt demonstrierten, sahen aus wie eine gewöhnliche Zelle, was diesem Phänomen den Namen gab.Tatsächlich sind die Draht- oder perforierten Wände der "Box" praktisch für die visuelle Kontrolle von Objekten oder Geräten, die sich in einem engen Raum befinden, aber sie können leicht durch feste ersetzt werden. Hauptsache das Material ist leitfähig.
Funktionsprinzip
Die Wirkungsweise des Faraday-Käfigs beruht darauf, dass sich die Ladung beim Eintritt in den Leiter auf dessen Oberfläche verteilt, während das Innere neutral bleibt. Tatsächlich ist die gesamte Zelle, die aus einem leitfähigen Material besteht, ein einziger Leiter, dessen "Enden" die entgegengesetzte Ladung annehmen. Der entstehende elektrische Strom erzeugt ein Feld, das äußere Einflüsse kompensiert. Die elektrische Feldstärke im Inneren einer solchen Struktur ist Null.
Interessanterweise funktioniert der Effekt auch, wenn das Feld innerhalb der Zelle erzeugt wird. In diesem Szenario wird die Ladung jedoch über die Innenfläche des Gitters oder einer anderen leitfähigen Ebene verteilt und kann nicht nach außen dringen.
In der englischen Terminologie klingt CF wie „Faraday Shield“, also „Faraday Shield / Screen“. Dieses Konzept vermittelt gut die Essenz des Geräts, das wie ein Schild oder ein Schutzschirm die Strahlen reflektiert, die auf seinen Inhalt einwirken.
Zu beachten ist, dass die Abschirmwirkung nur auf ein magnetisches Wechselfeld wirkt. Es stört nicht eine konstante oder leicht veränderliche magnetische Wirkung, zum Beispiel das natürliche magnetische Potential der Erde.
Um festzustellen, ob die Faraday-Kammer Hochfrequenzstrahlung reflektiert, reicht es aus, die Größe der Gitterzellen (wenn der leitfähige Teil in Form eines Käfigs ausgeführt ist) und die Wellenlänge der einwirkenden Welle zu kennen.Die Konstruktion ist wirksam, wenn der zweite Wert größer als der erste ist.
Anwendungsbereiche des CF-Effekts
Der von Faraday entdeckte Effekt hat nicht nur wissenschaftliche Bedeutung, sondern auch eine ziemlich breite praktische Anwendung. Das einfachste Beispiel eines Faraday-Käfigs ist im Alltag zu finden, er ist in fast jeder Küche vorhanden - dies ist ein Mikrowellenherd. Fünf Wände seines Körpers bestehen aus ziemlich dicken Stahlplatten, und zwischen den beiden Türglasschichten befindet sich eine Metallschicht mit Perforationen für eine bessere Sichtbarkeit.
HF-Kabine
Eine Hochfrequenzkabine ist ein Raum, der von den Auswirkungen elektrischer, magnetischer und Funkemissionen isoliert ist und normalerweise eine kleine Fläche hat. Wände, Boden und Decke sind mit hochleitfähigen Gittern ausgestattet, die einen geschlossenen, aber unsichtbaren Käfig bilden.
MRT-Räume
Hochpräzise Geräte wie ein medizinischer Tomograph für die Magnetresonanzdiagnostik erfordern einen sorgfältigen Schutz vor externen elektromagnetischen Wellen. Geringste äußere Einflüsse können das Untersuchungsergebnis beeinflussen, daher ist der Raum, in dem sich das MRT-Gerät befindet, komplett abgeschirmt.
Labore
Um genaue Ergebnisse in der Laborforschung zu erhalten, ist es wichtig, nicht nur fortschrittliche Geräte zu verwenden, sondern sie auch zuverlässig vor äußeren Faktoren wie magnetischen und elektrischen Feldern zu schützen.
Es versteht sich, dass sich dies nicht nur auf gerichtete Strahlung von bestimmten Quellen bezieht, sondern auch auf elektromagnetisches Rauschen, das ständig in der Atmosphäre vorhanden ist, insbesondere in besiedelten Gebieten und in deren Nähe.
Für eine hochwertige Abschirmung von Geräten mit CF-Effekt sind spezielle Konstruktionsberechnungen und eine fachgerechte Installation erforderlich.
Schutzanzüge
Für Personen, die in Bereichen mit hoher Stromschlagwahrscheinlichkeit arbeiten, wurden spezielle Anzüge entwickelt. Ihre obere Schicht besteht aus metallhaltigem Gewebe und ist durch ein isolierendes Material vom Körper getrennt. Bei statischem oder elektrischem Reststrom fließt die Ladung an der Außenhülle des Kits herunter.
Bei Arbeiten an Hochspannungsleitungen ist Schutzkleidung unverzichtbar. Selbst im stromlosen Zustand behalten sie aufgrund vieler Kilometer elektrischer Kabel eine gefährliche statische Aufladung bei.
In der Welt der Unterhaltung
Spektakulär ist der CF-Effekt, der farbenfroh auf der Bühne dargestellt wird. In diesem Fall wird oft kein einfacher Käfig verwendet, sondern eine scheinbar schwerelose Hülle aus grobem Netz oder sogar ein speziell entworfener Anzug, der gewöhnlicher Kleidung ähnelt. Die Stromzufuhr erfolgt dabei möglichst effektiv, beispielsweise durch Tesla-Spulen oder ähnliche Vorrichtungen, die eine Ladung aus einem elektrostatischen Generator erzeugen.
Mit eigenen Händen einen Faraday-Käfig bauen
Im Alltag kann die Herstellung eines selbstgebauten CF erforderlich sein, um Geräte vor der Einwirkung verschiedener Wellen zu „verstecken“, die Störungen in empfindlicher elektronischer „Füllung“ verursachen können.
Ein Beispiel für ein solches Design ist eine Sperrholzkiste, die auf eine bestimmte Weise fertig gestellt ist. Da Sperrholz als Isolierschicht dient, muss es absolut sauber und trocken sein. Sie können die Box mit Ihren eigenen Händen zusammenbauen oder fertig machen - Hauptsache, sie wird ohne Nägel oder andere Metallbefestigungen zusammengebaut. Die Montage erfolgt in mehreren Schritten:
- Lebensmittelfolie wird entsprechend der Größe der Sperrholzwände oder ihrer Zuschnitte in Segmente unterteilt.
- Die Oberflächen der zukünftigen Box werden von außen mit Folie eingefasst. In diesem Fall sollte seine glänzende Seite nach außen gerichtet sein.
- Die Wände werden von innen mit Klebeband befestigt, und ein Paar Mauspads wird auf den Boden der Box gelegt.
- Es wird sorgfältig geprüft, dass die Folienschicht in geschlossener Position des Deckels eine durchgehende Hülle bildet, ohne die geringsten Lücken und Unterbrechungen.
Die zweite Option geht davon aus, dass ein Do-it-yourself-Metalltank (Pfanne, Schachtel, Schachtel usw.) als Basis für den Faraday-Käfig dient, in dem die Isolierung aus Pappe, demselben Sperrholz oder einem anderen Material besteht. Die Bedingung für einen festen Sitz des Deckels ist bei dieser Konstruktion nicht weniger wichtig als bei der oben beschriebenen.
Muss ich Erdung machen
Es besteht kein Konsens über die Notwendigkeit, die CF zu erden. Große Strukturen und solche, die von einer besonders starken elektrischen Entladung betroffen sein können, müssen unbedingt geerdet werden.
Die Erdung schützt natürlich vor Notfallsituationen, wenn die angesammelte starke Ladung die Luft „durchbrechen“ und ein Objekt oder eine Person in der Nähe treffen kann.
Testen eines selbstgebauten Faraday-Käfigs
Um das Prinzip des Faradayschen Käfigs in der Praxis zu testen, ist es am bequemsten, ein kompaktes batteriebetriebenes Funkgerät zu verwenden. Es sollte mit maximaler Lautstärke eingeschaltet und auf den stärksten verfügbaren UKW-Kanal eingestellt sein. Wenn die Zelle funktioniert, wird das Radio darin stummgeschaltet.
Wenn der Empfänger zumindest ein wenig, aber hörbar ist, bedeutet dies, dass eine hundertprozentige Abschirmung nicht erreicht werden konnte und nach Lücken in der leitenden Schicht gesucht werden sollte.
Geeignet zum Testen von selbst zusammengebauten Kameras und Mobiltelefonen. Sobald es drinnen ist, hört es auf, Signale von Basisstationen zu empfangen, dh wenn Sie es anrufen, hören Sie die entsprechende Nachricht vom automatischen Informanten des Mobilfunkbetreibers.
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