Nhà khoa học và nhà phát minh lỗi lạc của thế kỷ 19, Michael Faraday, được biết đến với công trình nghiên cứu tích cực về điện, trường điện từ và các hiện tượng vật lý liên quan. Một trong những khám phá quan trọng nhất là một cấu trúc bảo vệ được gọi là lồng Faraday. Dưới đây chúng ta sẽ hiểu nó là gì và giá trị thực tế mà phát minh này thể hiện.
Nội dung
Lồng Faraday là gì
Lồng Faraday là một chiếc hộp có các bức tường làm bằng kim loại dẫn điện cao. Thiết kế không yêu cầu kết nối nguồn bên ngoài, nhưng theo quy luật, được nối đất. Tác dụng vật lý của tế bào được biểu hiện dưới tác động của một yếu tố bên ngoài, đó là bức xạ điện từ.
Các cấu trúc đầu tiên để chứng minh hiệu ứng che chắn trông giống như một tế bào bình thường, điều này đã đặt tên cho hiện tượng này.Trên thực tế, dây điện hoặc các bức tường đục lỗ của "hộp" thuận tiện cho việc điều khiển trực quan các đồ vật hoặc thiết bị nằm bên trong một không gian hạn chế, nhưng chúng có thể dễ dàng thay thế bằng những thứ chắc chắn. Điều chính là vật liệu dẫn điện.
Nguyên tắc hoạt động
Hoạt động của lồng Faraday dựa trên thực tế là điện tích, khi nó đi vào vật dẫn, được phân bố trên bề mặt của nó, trong khi bên trong vẫn trung tính. Trên thực tế, toàn bộ tế bào, bao gồm một vật liệu dẫn điện, là một dây dẫn duy nhất, các "đầu" của chúng nhận điện tích trái dấu. Dòng điện tạo ra tạo ra một trường bù đắp cho các tác động bên ngoài. Cường độ điện trường ở phần bên trong của cấu trúc như vậy bằng không.
Điều thú vị là nếu trường được tạo bên trong ô, thì hiệu ứng cũng hoạt động. Tuy nhiên, trong trường hợp này, điện tích sẽ được phân bố trên bề mặt bên trong của lưới điện hoặc mặt phẳng dẫn điện khác và sẽ không thể xâm nhập ra bên ngoài.
Trong thuật ngữ tiếng Anh, CF phát âm giống như "Faraday khiên", tức là "Faraday khiên / màn hình". Khái niệm này truyền tải tốt bản chất của thiết bị, giống như một tấm chắn hoặc một màn hình bảo vệ, phản chiếu các tia ảnh hưởng đến bên trong của nó.
Cần nhớ rằng tác dụng che chắn chỉ hoạt động trong từ trường xoay chiều. Nó không gây trở ngại cho hiệu ứng từ trường không đổi hoặc ít thay đổi, ví dụ như thế từ trường tự nhiên của Trái đất.
Để xác định xem buồng Faraday có phản xạ bức xạ tần số cao hay không, chỉ cần biết kích thước của các ô lưới (nếu phần dẫn điện được làm dưới dạng lồng) và bước sóng của sóng tác động là đủ.Việc xây dựng có hiệu quả nếu giá trị thứ hai lớn hơn giá trị thứ nhất.
Các phạm vi áp dụng của hiệu ứng CF
Hiệu ứng do Faraday phát hiện không chỉ có ý nghĩa khoa học, mà còn có ứng dụng thực tế khá rộng rãi. Ví dụ đơn giản nhất về lồng Faraday có thể được tìm thấy trong cuộc sống hàng ngày, nó có mặt trong hầu hết mọi gian bếp - đây là lò vi sóng. Năm vách thân của nó được làm bằng những tấm thép khá dày, giữa hai lớp kính cửa có một lớp kim loại có đục lỗ để có tầm nhìn tốt hơn.
Cabin RF
Cabin tần số vô tuyến là một căn phòng được cách ly khỏi các tác động của điện, từ trường và phát xạ vô tuyến, thường có diện tích nhỏ. Tường, sàn và trần của nó được trang bị các lưới dẫn điện cao tạo thành một cái lồng kín nhưng vô hình.
Phòng chụp cộng hưởng từ
Thiết bị có độ chính xác cao như máy chụp cắt lớp y tế để chẩn đoán cộng hưởng từ cần được bảo vệ cẩn thận khỏi các sóng điện từ bên ngoài. Tác động bên ngoài dù nhỏ nhất cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu, vì vậy căn phòng đặt máy MRI được che chắn hoàn toàn.
Các phòng thí nghiệm
Trong nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, để có được kết quả chính xác, điều quan trọng không chỉ là sử dụng thiết bị tiên tiến mà còn phải bảo vệ nó khỏi các yếu tố bên ngoài như từ trường và điện trường một cách đáng tin cậy.
Cần hiểu rằng điều này không chỉ đề cập đến bức xạ định hướng từ các nguồn cụ thể, mà còn liên quan đến nhiễu điện từ thường xuyên xuất hiện trong khí quyển, đặc biệt là ở các khu vực đông dân cư và vùng lân cận của chúng.
Để che chắn chất lượng cao của thiết bị có hiệu ứng CF, cần phải tính toán thiết kế chuyên biệt và lắp đặt chuyên nghiệp.
Bộ quần áo bảo hộ
Đối với những người làm việc trong khu vực có khả năng bị điện giật cao, những bộ quần áo đặc biệt đã được phát triển. Lớp trên của chúng được làm bằng vải có chứa kim loại và được ngăn cách với cơ thể bằng vật liệu cách nhiệt. Trong trường hợp có tĩnh điện hoặc dòng điện còn lại, điện tích sẽ chảy xuống vỏ ngoài của bộ dụng cụ.
Quần áo bảo hộ lao động là thứ không thể thiếu khi làm việc với đường dây cao thế. Ngay cả khi bị khử năng lượng, chúng vẫn giữ được mức độ tĩnh điện nguy hiểm do có nhiều km dây dẫn điện.
Trong thế giới giải trí
Hiệu ứng CF, được hiển thị đầy màu sắc trên sân khấu, rất ngoạn mục. Trong trường hợp này, không phải một chiếc lồng đơn giản thường được sử dụng, mà là một chiếc vỏ dường như không trọng lượng làm bằng lưới thô, hoặc thậm chí là một bộ đồ được thiết kế đặc biệt giống như quần áo bình thường. Trong trường hợp này, dòng điện được cung cấp hiệu quả nhất có thể, ví dụ, sử dụng cuộn dây Tesla hoặc các thiết bị tương tự tạo ra điện tích từ máy phát tĩnh điện.
Tự tay làm lồng Faraday
Trong cuộc sống hàng ngày, việc sản xuất một CF sản xuất tại nhà có thể là cần thiết để "che giấu" các thiết bị khỏi tác động của các sóng khác nhau có thể gây ra nhiễu loạn trong quá trình "nhồi" điện tử nhạy cảm.
Một ví dụ về thiết kế như vậy là một hộp gỗ dán được hoàn thiện theo một cách nhất định. Vì ván ép đóng vai trò như một lớp cách nhiệt nên nó phải hoàn toàn sạch và khô. Bạn có thể lắp ráp hộp bằng tay của chính mình hoặc mang nó đi - điều chính là nó được lắp ráp mà không cần sử dụng đinh hoặc các chốt kim loại khác. Quá trình lắp ráp được thực hiện theo nhiều giai đoạn:
- Giấy bạc thực phẩm được chia thành các phân đoạn, theo kích thước của các bức tường ván ép hoặc khoảng trống của chúng.
- Các bề mặt của hộp tương lai được trang trí bằng giấy bạc từ bên ngoài. Trong trường hợp này, mặt sáng bóng của nó nên được quay ra ngoài.
- Các bức tường được dán chặt từ bên trong bằng băng dính, và một cặp miếng lót chuột được đặt dưới đáy hộp.
- Kiểm tra kỹ sẽ thấy ở vị trí đóng nắp, lớp giấy bạc tạo thành một lớp vỏ liên tục, không có kẽ hở nhỏ nhất và không bị vỡ.
Tùy chọn thứ hai giả định rằng một bể kim loại tự làm (chảo, hộp, hộp, v.v.) đóng vai trò là cơ sở của lồng Faraday, bên trong có lớp cách nhiệt được làm bằng bìa cứng, cùng một loại ván ép hoặc vật liệu khác. Điều kiện về độ khít của nắp đối với thiết kế này không kém phần quan trọng so với điều kiện được mô tả ở trên.
Tôi có cần nối đất không
Không có sự nhất trí về sự cần thiết phải nối đất cho CF. Bắt buộc phải nối đất các công trình lớn và những công trình có thể bị ảnh hưởng bởi phóng điện đặc biệt mạnh.
Tất nhiên, tiếp đất sẽ bảo vệ khỏi các tình huống khẩn cấp khi điện tích mạnh tích tụ có thể “xuyên thủng” không khí và va vào một vật thể hoặc người gần đó.
Thử nghiệm lồng Faraday tự chế
Để kiểm tra nguyên lý của lồng Faraday trong thực tế, thuận tiện nhất là sử dụng một đài phát thanh chạy bằng pin nhỏ gọn. Nó nên được bật ở âm lượng lớn nhất và điều chỉnh đến kênh FM mạnh mẽ nhất hiện có. Nếu ô đang hoạt động, đài phát thanh trong ô đó sẽ bị tắt tiếng.
Nếu máy thu ít nhất là một chút, nhưng có thể nghe được, điều đó có nghĩa là không thể đạt được một trăm phần trăm sàng lọc và cần tìm các khoảng trống trong lớp dẫn điện.
Thích hợp để thử nghiệm máy ảnh tự lắp ráp và điện thoại di động. Khi đã vào bên trong, nó sẽ ngừng nhận tín hiệu từ các trạm gốc, tức là khi bạn gọi đến nó, bạn sẽ nghe thấy thông báo tương ứng từ người cung cấp thông tin tự động của tổng đài di động.
Các bài tương tự:
