• Τι είναι ένα κλουβί Faraday;
• Ιστορία του κλουβιού Faraday
• Πώς λειτουργεί ένα κλουβί Faraday;
• Πώς να φτιάξετε ένα κλουβί Faraday;
• Παραδείγματα του κλουβιού Faraday

Εξηγούμε τι είναι ένα κλουβί Faraday, την ιστορία του, πώς λειτουργεί και πώς κατασκευάζεται. Επίσης, παραδείγματα από την καθημερινότητα.

Πολλές στέγες λειτουργούν σαν κλουβί Faraday για να απομονώνουν το εσωτερικό από την ηλεκτρική ενέργεια.

Τι είναι ένα κλουβί Faraday;

Ένα κλουβί Faraday είναι ένα δοχείο επενδεδυμένο με υλικά αγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας (όπως μεταλλικές πλάκες ή πλέγμα) που λειτουργεί ως ασπίδα έναντι των επιπτώσεων του α ηλεκτρικό πεδίο που έρχονται από το εξωτερικό.

Πολλά στοιχεία που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή ζωή εφαρμόζουν την αρχή του κλωβού Faraday, για παράδειγμα: καλώδια, φούρνοι μικροκυμάτων, αυτοκίνητα και αεροπλάνα. Το σχήμα και το μέγεθός του μπορεί να ποικίλουν, καθώς και τα υλικά με τα οποία είναι επικαλυμμένο.

Ιστορία του κλουβιού Faraday

Το 1836 ο Michael Faraday πραγματοποίησε τα πειράματα που του επέτρεψαν να κατασκευάσει το μονωτικό κλουβί.

Το κλουβί Faraday πήρε το όνομά του από τον εφευρέτη του, τον Βρετανό φυσικό Michael Faraday (1791-1867), ο οποίος παρατήρησε ότι ένα αγώγιμο υλικό παρουσίαζε τα αποτελέσματα μιας ηλεκτρικής εκκένωσης μόνο εξωτερικά. Αυτό φαινόταν να δείχνει ότι τα φορτία στον αγωγό κατανέμονταν με τέτοιο τρόπο ώστε να ακυρώνουν τα εσωτερικά ηλεκτρικά πεδία.

Για να το αποδείξει αυτό, το 1836, ο Faraday κάλυψε τους τοίχους ενός δωματίου με φύλλα αλουμινίου. Χρησιμοποιώντας ηλεκτροστατική γεννήτρια, εφάρμοσε εκκενώσεις υψηλών Τάση έξω από το εν λόγω δωμάτιο. Και με ένα ηλεκτροσκόπιο (μια συσκευή που ανιχνεύει την παρουσία του ηλεκτρικά φορτία σε σώμα) μπόρεσε να επαληθεύσει ότι μέσα στο δωμάτιο το ηλεκτρικό πεδίο ήταν μηδενικό.

Χάρη σε αυτό και πολλά άλλα πειράματα, ο Faraday κατέχει εξέχουσα θέση μεταξύ εκείνων των επιστημόνων που κατέστησαν δυνατή την ηλεκτρική ενέργεια έχουν τις πρακτικές χρήσεις που γνωρίζουμε σήμερα.

Πώς λειτουργεί ένα κλουβί Faraday;

Όταν ένα ηλεκτρικό πεδίο εφαρμόζεται σε ένα δοχείο που έχει επικαλυφθεί με αλουμίνιο ή μεταλλικό πλέγμα, το δοχείο λειτουργεί ως ηλεκτρικός αγωγός που είναι πολωμένος.

Όταν πολώνεται, ο αγωγός φορτίζεται θετικά προς την κατεύθυνση στην οποία κινείται το εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και, ταυτόχρονα, φορτίζεται αρνητικά προς την αντίθετη κατεύθυνση, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο ίσο σε μέγεθος αλλά αντίθετο με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που έχει εφαρμοσμένος.

Το άθροισμα και των δύο πεδίων, μέσα στο εν λόγω κοντέινερ ή στο κλουβί Faraday, θα είναι ίσο με μηδέν. Δηλαδή, τα αγώγιμα υλικά, παρουσία εξωτερικών ηλεκτρικών πεδίων, διατάσσουν πάντα τα φορτία τους στην επιφάνειά τους με τέτοιο τρόπο ώστε το εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο να είναι μηδέν.

Πώς να φτιάξετε ένα κλουβί Faraday;

Η πλήρης περιτύλιξη ενός τηλεφώνου σε αλουμίνιο θα μπλοκάρει το σήμα του.

Η κατασκευή ενός κλουβιού Faraday είναι απλή: περιλαμβάνει μόνο τον εγκλεισμό ενός συγκεκριμένου χώρου μέσα σε ένα αγώγιμο υλικό. Τα απαραίτητα υλικά είναι αρκετά προσιτά: μεταλλικές σίτες, αλουμινόχαρτο, κουτιά ή ακόμα και ένας χαλύβδινος κάδος απορριμμάτων.

Πριν προχωρήσουμε, πρέπει να λάβουμε υπόψη τα εξής:

• Εάν πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε συρμάτινο πλέγμα ή πλέγματα (όπως αυτά που χρησιμοποιούνται για κοτέτσια), οι τρύπες σε αυτόν τον αγωγό πρέπει να είναι μικρότερες από μήκος σήμα να μπλοκαριστεί.
• Ο εσωτερικός χώρος πρέπει να είναι πλήρως μονωμένος, χωρίς ρωγμές.
• Το πάχος του αγωγού που θα χρησιμοποιηθεί θα εξαρτηθεί από τη συχνότητα που θα μπλοκάρει.

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να φτιάξετε ένα κλουβί Faraday, αλλά με αυτό το απλό πείραμα μπορούμε να ελέγξουμε τη χαρακτηριστική θωράκισή του:

• Φτιάξτε έναν κύλινδρο με μεταλλικό πλέγμα και μια πλατφόρμα αλουμινίου.
• Τοποθετήστε ένα συντονισμένο ραδιόφωνο στην πλατφόρμα και, στη συνέχεια, τοποθετήστε τον κύλινδρο από συρμάτινο πλέγμα στην πλατφόρμα. Θα παρατηρήσετε αμέσως πώς σταματά η ραδιοφωνική μετάδοση. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που πρέπει να δέχεται το ραδιόφωνο διακόπτονται από την τοποθέτηση του πλέγματος.
• Πάρτε δύο κινητά τηλέφωνα και βεβαιωθείτε ότι μπορούν να πραγματοποιούν και να λαμβάνουν κλήσεις χωρίς δυσκολία. Στη συνέχεια τυλίξτε ένα από τα τηλέφωνα σε ένα φύλλο αλουμινόχαρτου. Όταν πραγματοποιείτε μια κλήση σε αυτό το τηλέφωνο, θα παρατηρήσετε ότι το σήμα είναι μπλοκαρισμένο.

Παραδείγματα του κλουβιού Faraday

Η αρχή σύμφωνα με την οποία λειτουργούν τα κλουβιά Faraday μπορεί να παρατηρηθεί σε πολλά παραδείγματα από την καθημερινή ζωή:

• Όταν παρατηρούμε ότι τα κινητά μας τηλέφωνα δεν λειτουργούν σε ασανσέρ ή μέσα σε ένα κτίριο κατασκευασμένο από μεταλλικά πλέγματα, αντιμετωπίζουμε μια εκδήλωση της αρχής του κλουβιού Faraday.
• Οι φούρνοι μικροκυμάτων μας είναι εξοπλισμένοι με κλουβιά Faraday για την αποτροπή τους κυματιστά δραπετεύουν στο εξωτερικό και έχουν κάποια επιβλαβή επίδραση σε μας Υγεία.
• Οι ειδικές στολές ηλεκτρολόγων τεχνικών που επισκευάζουν γραμμές υψηλής τάσης.
• Όταν οδηγείτε αυτοκίνητο κατά τη διάρκεια καταιγίδας, συνιστάται να παραμένετε μέσα στο όχημα, καθώς τα σώματά του θα λειτουργούν σαν ένα κλουβί Faraday μπροστά σε κεραυνούς.
• Μεταλλικά φύλλα ή πλέγμα τοποθετούνται επίσης στους τοίχους των εργαστηρίων μαγνητικής τομογραφίας όπου γίνονται μαγνητικές τομογραφίες, για την αποφυγή της διαφυγής κυμάτων και την προστασία της υγείας των χειριστών.
• Οι κυβερνοεπιθέσεις έχουν δημιουργήσει σημαντική προσφορά προϊόντα για την αναστολή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που στέλνουν οι ενδεχόμενοι χάκερ. Διάφορος Επιχείρηση Προσφέρουν αξεσουάρ για να κάνουν τις συσκευές μας αόρατες στον τομέα των ασύρματων συνδέσεων: καλύμματα για κλειδιά αυτοκινήτου, σακίδια, φακέλους, πορτοφόλια ή χαρτοφύλακες που κατασκευάζονται σύμφωνα με την αρχή του κλωβού Faraday.