Sådan bygger du et Faraday-bur

Indhold

• Faraday Cage
• Tips
• Faraday Cage DIY
• Faraday Cage Wifi
• Faraday Cage-applikationer
• Faraday burfysik
• Faraday Cage House
• Faraday bur til generatorhistorie

Elektricitet kan være farligt, men ved at tage de passende sikkerhedsforholdsregler kan du undersøge, hvordan ladninger flyder, hvordan elektriske felter forekommer, og hvordan andre fænomener i elektricitet fungerer.

Siden solopgang i fysik har forskere brugt udstyr til at beskytte sig mod skade, når de udfører eksperimenter. Denne viden ville skabe Faraday-bure som metoder til at forhindre folk i at blive såret af elektricitet.

Faraday Cage

Tips

Når et eksternt elektrisk felt kommer i kontakt med buret, genererer buret det samme elektriske felt, som om ladningen blev placeret inde. Overfladen neutraliseres med overskydende ladning, der flyder til jorden, hvis buret er jordet. Dette forhindrer dannelse af spænding på den anden side af buret, så feltet ikke passerer materialet. Ladningerne omfordelte sig på den anden side af materialet, da elektrostatiske ladninger induceres på overfladen.

Faraday Cage DIY

Denne metode til at opbygge et Faraday-bur kræver metalplader af kobber eller aluminium, tape, saks, en pap eller lignende materialebeholder og en ballon for at teste, om buret fungerer. Det materiale, der fungerer bedst, er aluminium, kobber eller kyllingetråd til et Faraday bur. Faraday-bure kræver megen kontakt mellem metalkomponenterne, så et mesh-design kan fungere godt.

Form beholderen til et Faraday-skjold eller bur ved at omdanne den til for eksempel en kasse, der kan beskytte dig mod dine omgivelser. Pakk folien eller metalliske lag omkring beholderen. Sørg for, at buret har meget kontakt mellem metalpladerne.

Klip en skærm, så du kan se det udvendige inde fra buret. Sørg for, at hullerne er mindre end bølgelængden af ​​den elektromagnetiske stråling, du vil blokere, for at komme ind.

Nogle generelle instruktioner er:

Faraday Cage Wifi

Prøv at bruge din mobiltelefon inde i buret. Modtager eller transmitterer det wifi-signalerne? Du bør stadig få en svagere mængde wifi, fordi Faraday-bure kan dæmpe hyppigheden af ​​mobiltelefoner, men ikke helt stoppe det.

Radiobølger, som mobiltelefoner bruger, har små nok frekvenser til at lække gennem små huller i buret, så du bliver nødt til at lodde eller svejse små huller i Faraday-buret for at handle imod dem.

Faraday Cage-applikationer

Kemikere bruger Faraday-bure til at reducere støj fra eksterne kilder, mens de foretager præcise målinger. Digitale kriminaltekniske forskere bruger Faraday-tasker, Faraday-bure lavet af fleksibelt metallisk stof, for at forhindre fjerntørring og ændring af kriminelle beviser.

Faraday-bure giver computere sikkerhed for at afværge handlinger såsom spionage. Biler og fly fungerer i det væsentlige som Faraday-bure ved at forhindre passagerer i at komme i kontakt med skadelige elektriske ladninger.

Faraday-bure bruges også til at forhindre radiosendere i at forstyrre andet udstyr og beskytte enkeltpersoner og genstande mod strøm fra lynnedslag og -udladninger. Husholdningsapparater bruger dem også. Mikrobølger har afskærmninger for at forhindre bølger i at forlade deres indre, mens tv-kabler reducerer ekstern elektromagnetisk interferens til at skabe billeder.

Forskellig konduktivitet af metaller kan påvirke, hvordan Faraday-bure forhindrer, at elektriske felter trænger ind. Kobber er det mest effektive, der bruges i MR-faciliteter på hospitaler og computerapparater, der kan formes til messing og fosforbronlegeringer til endnu mere specifikke formål.

Aluminium er også et godt materiale, fordi det er stærkt for sin vægt og har en høj ledningsevne, men det kan rustes over tid og loddes ikke godt. Andre funktioner ved design af Faraday-bure inkluderer pris, korrosion, tykkelse, formbarhed, frekvenser, der er blokeret, og hvordan materialerne i sig selv kan formes til et bur.

Faraday burfysik

••• Syed Hussain Ather

Faraday-bur beskytter deres indersider mod elektriske felter, et kraftfelt, der omgiver ladede partikler såsom protoner eller elektroner. Coulombs-loven kan bruges til at beskrive den elektriske kraft E som E = e₁ e₂/ 4πε₀r² hvor _r er radius mellem til ladede partikler, ε₀ er et konstant antal vakuumpermittivitet på 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ og _e₁ e₂ er partiklernes ladninger.

Når du er inde i buret, kan al elektricitet, der kommer i kontakt med den ydre overflade, måles ved hjælp af denne formel. Nettofeltet inde i buret forbliver nul og beskytter, hvad der er inde i buret.

Ladningerne i en leder, såsom ledningsmaterialet i et Faraday-bur, ved ligevægt skal være så langt fra hinanden som muligt, så ladningen forbliver på overfladen. Dette holder det elektriske felt inden i nul. Hvis du bragte en positivt ladet genstand til ydersiden af ​​buret, ville elektronerne på den indvendige overflade samle sig omkring det for at annullere det ud.

Faraday Cage House

Hvis du forestillede dig dig selv i et Faraday burhus, kunne du bruge forskellige materialer til at beskytte dig mod elektromagnetisk interferens.

Kobber er det mest pålidelige element til magnetisk resonansafbildning (MRI) i medicin for at beskytte mennesker mod skadene ved elektromagnetisk stråling. Det er også let at kombinere med andre elementer for at skabe legeringer som messing, fosforbron og berylliumkobber, der har højere ledningsværdier.

For tinpladeret stål er et omkostningseffektivt materiale, der blokerer for lavere frekvenser fra at komme ind. Kulstål er et andet ideelt valg, der kan blokere frekvenser, som andre legeringer og elementer går glip af. Disse materialer leveres ofte med tinplader for at forhindre dem i at korrodere.

Kobberlegering er kendt for at være i stand til at modstå korrosion. Aluminium er et andet ideelt valg, som selvom du har brug for at undersøge dets galvaniske korrosions- og oxidationsegenskaber, kan tjene en række anvendelser på grund af dets gode styrke-til-vægtforhold og høje mængde ledningsevne.

Faraday bur til generatorhistorie

••• Syed Hussain Ather

I 1836 observerede fysiker Michael Faraday, at en ladet leder ville opbevare overskydende ladning inde i selve materialet, ikke i det hulrum, som lederen lukkede. Han belagte et rum med metalfolie. Med en elektrostatisk generator udenfor bemærkede han, at der ikke var nogen ladning inde i henhold til hans elektroskop, en enhed der blev brugt til at måle elektrisk ladning. Han brugte det til at bygge et Faraday-bur til denne generator.

Syv år senere demonstrerede Faraday ladningsresterne på overfladen af ​​en leder til metalliske overflader. Ved hjælp af en metalskovl med is viste han den elektriske ladning i en skal af en leder skaber en ladning på den indre overflade af skallen. Opladningen påvirkede ikke skallets indre volumen. Ved hjælp af et elektroskop til måling af elektriske ladninger ville hans eksperiment blive det første kvantitative eksperiment på elektrisk ladning.