Hoe een Faraday-kooi te bouwen

Inhoud

• Faraday Cage
• Tips
• Kooi DIY van Faraday
• Faraday Cage Wifi
• Faraday Cage Applications
• Faraday Cage Physics
• Faraday Cage House
• Faraday Cage for Generator History

Elektriciteit kan gevaarlijk zijn, maar door de juiste veiligheidsmaatregelen te nemen, kunt u bestuderen hoe ladingen stromen, hoe elektrische velden optreden en hoe andere fenomenen in elektriciteit werken.

Sinds het begin van elektriciteit in de natuurkunde hebben wetenschappers apparatuur gebruikt om zichzelf te beschermen tegen schade bij het uitvoeren van experimenten. Deze kennis zou Faraday-kooien creëren als methoden om te voorkomen dat mensen gewond raken door elektriciteit.

Faraday Cage

Tips

Wanneer een extern elektrisch veld in contact komt met de kooi, genereert de kooi hetzelfde elektrische veld alsof de lading erin is geplaatst. Het oppervlak wordt geneutraliseerd met overmatige lading die naar de grond stroomt als de kooi geaard is. Dit voorkomt dat er spanning wordt gevormd aan de andere kant van de kooi zodat het veld het materiaal niet passeert. De ladingen herverdelen zichzelf aan de andere kant van het materiaal wanneer elektrostatische ladingen op het oppervlak worden geïnduceerd.

Kooi DIY van Faraday

Deze methode voor het bouwen van een kooi van Faraday vereist metalen platen van koper of aluminium, tape, scharen, een kartonnen of soortgelijke verpakking en een ballon om te testen of de kooi werkt. Het materiaal dat het beste werkt is aluminium, koper of kippengaas voor een kippengaas van Faraday. Faraday-kooien vereisen veel contact tussen de metalen componenten, dus een gaasontwerp kan goed werken.

Vorm de container in een Faraday-schild of -kooi door er bijvoorbeeld een doos van te maken die je tegen je omgeving kan beschermen. Wikkel de folie of metalen vellen rond de container. Zorg ervoor dat de kooi veel contact heeft tussen de metalen platen.

Snijd een scherm zodat je de buitenkant van binnen in de kooi kunt zien. Zorg ervoor dat de gaten kleiner zijn dan de golflengte van de elektromagnetische straling die u wilt blokkeren.

Enkele algemene instructies zijn:

Faraday Cage Wifi

Probeer je mobiele telefoon in de kooi te gebruiken. Ontvangt of verzendt het de wifi-signalen? Je zou nog steeds een zwakkere hoeveelheid wifi moeten krijgen, omdat kooien van Faraday de frequentie van mobiele telefoons kunnen verzwakken, maar niet helemaal stoppen.

Radiogolven die mobiele telefoons gebruiken, hebben voldoende frequentie om door kleine gaten in de kooi te lekken, dus u moet kleine openingen in de kooi van Faraday solderen of lassen om ertegen te handelen.

Faraday Cage Applications

Chemici gebruiken kooien van Faraday om ruis van externe bronnen te verminderen en nauwkeurige metingen te verrichten. Onderzoekers van digitale forensische geneeskunde gebruiken Faraday-tassen, Faraday-kooien gemaakt van flexibel metaalachtig materiaal, om op afstand wissen en wijzigen van crimineel bewijsmateriaal te voorkomen.

Kooien van Faraday bieden computers beveiliging om acties zoals spionage te dwarsbomen. Auto's en vliegtuigen fungeren in wezen als kooien van Faraday door te voorkomen dat passagiers in contact komen met schadelijke elektrische ladingen.

Kooien van Faraday worden ook gebruikt om te voorkomen dat radiozenders andere apparatuur storen en om personen en objecten te beschermen tegen blikseminslag en ontladingen. Huishoudelijke apparaten gebruiken ze ook. Microgolven hebben schilden om te voorkomen dat golven hun interieur verlaten, terwijl tv-kabels externe elektromagnetische interferentie verminderen om afbeeldingen te maken.

Verschillende geleidbaarheid van metalen kan invloed hebben op hoe Faraday-kooien voorkomen dat elektrische velden binnenkomen. Koper is het meest effectief, gebruikt in ziekenhuis MRI-faciliteiten en computerapparatuur, dat kan worden gevormd tot messing en fosforig bronslegeringen voor nog specifiekere doeleinden.

Aluminium is ook een goed materiaal omdat het sterk is voor zijn gewicht en een hoge geleidbaarheid heeft, maar het kan na verloop van tijd roesten en wordt niet goed gesoldeerd. Andere kenmerken bij het ontwerpen van Faraday-kooien zijn prijs, corrosie, dikte, vervormbaarheid, geblokkeerde frequenties en hoe de materialen zelf kunnen worden gevormd tot een kooi.

Faraday Cage Physics

••• Syed Hussain Ather

Faraday-kooien beschermen hun binnenkant tegen elektrische velden, een krachtveld rond geladen deeltjes zoals protonen of elektronen. De wet van Coulomb kan worden gebruikt om de elektrische kracht te beschrijven E als E = e₁ e₂/ 4πε₀r² waarin _r is de straal tussen geladen deeltjes, ε₀ is een constant aantal vacuüm permittiviteit van 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ en _e₁ e₂ zijn de ladingen van de deeltjes.

In de kooi kan elke elektriciteit die in contact komt met het buitenoppervlak worden gemeten met deze formule. Het netveld in de kooi blijft nul en beschermt alles wat zich in de kooi bevindt.

De ladingen in een geleider, zoals het geleidende materiaal van een kooi van Faraday, moeten bij evenwicht zo ver mogelijk uit elkaar liggen, zodat de lading op het oppervlak blijft. Dit houdt het elektrische veld binnen nul. Als je een positief geladen object naar de buitenkant van de kooi zou brengen, zouden de elektronen op het binnenoppervlak zich eromheen verzamelen om het uit te schakelen.

Faraday Cage House

Als je je zou voorstellen in een kooihuis in Faraday, zou je verschillende materialen kunnen gebruiken om jezelf te beschermen tegen elektromagnetische interferentie.

Koper is het meest betrouwbare element voor MRI-toepassingen (magnetic resonance imaging) in de geneeskunde om mensen te beschermen tegen de schade van elektromagnetische straling. Het is ook gemakkelijk te combineren met andere elementen om legeringen zoals messing, fosforig brons en berylliumkoper te maken met hogere geleidbaarheidswaarden.

Pre-vertind staal is een kosteneffectief materiaal dat voorkomt dat lagere frequenties binnenkomen. Koolstofstaal is een andere ideale keuze die frequenties kan blokkeren die andere legeringen en elementen missen. Deze materialen worden vaak geleverd met vertind metaal om corrosie te voorkomen.

Koperlegering staat erom bekend dat het bestand is tegen corrosie. Aluminium is een andere ideale keuze die, hoewel je de galvanische corrosie- en oxidatie-eigenschappen moet onderzoeken, een verscheidenheid aan toepassingen kan dienen vanwege de goede sterkte-gewichtsverhouding en hoge geleidbaarheid.

Faraday Cage for Generator History

••• Syed Hussain Ather

In 1836 constateerde natuurkundige Michael Faraday dat een geladen geleider overtollige lading zou opslaan in het materiaal zelf, niet in de holte die de geleider omsloot. Hij bekleedde een kamer met metaalfolie. Met een elektrostatische generator buiten, merkte hij dat er volgens zijn elektroscoop, een apparaat dat wordt gebruikt om elektrische lading te meten, geen lading in zit. Hij gebruikte dat om een ​​kooi van Faraday voor deze generator te bouwen.

Zeven jaar later demonstreerde Faraday dat de lading achterblijft op het oppervlak van een geleider voor metalen oppervlakken. Met behulp van een metalen emmer met ijs toonde hij aan dat de elektrische lading in een schaal van een geleider een lading op het binnenoppervlak van de schaal creëert. De lading had geen invloed op het inwendige volume van de schaal. Met behulp van een elektroscoop om elektrische ladingen te meten, zou zijn experiment het eerste kwantitatieve experiment met elektrische lading worden.