اشتهر العالم والمخترع اللامع في القرن التاسع عشر ، مايكل فاراداي ، بعمله النشط في مجال الكهرباء والمجال الكهرومغناطيسي والظواهر الفيزيائية ذات الصلة. كان أحد أهم الاكتشافات هو الهيكل الوقائي المسمى بقفص فاراداي. أدناه سوف نفهم ما هو والقيمة العملية التي يمثلها الاختراع.
محتوى
ما هو فاراداي كيج
قفص فاراداي هو صندوق به جدران مصنوعة من معدن عالي التوصيل. لا يتطلب التصميم اتصال طاقة خارجيًا ، ولكن كقاعدة عامة ، يتم تأريضه. يتجلى التأثير المادي للخلية تحت تأثير عامل خارجي ، وهو الإشعاع الكهرومغناطيسي.
بدت التركيبات الأولى لإثبات تأثير التدريع وكأنها خلية عادية ، والتي أعطت اسم هذه الظاهرة.في الواقع ، فإن الأسلاك أو الجدران المثقبة في "الصندوق" ملائمة للتحكم البصري في الأشياء أو الأجهزة الموجودة داخل مساحة ضيقة ، ولكن يمكن استبدالها بسهولة بأخرى صلبة. الشيء الرئيسي هو أن المادة موصلة.
مبدأ التشغيل
يعتمد عمل قفص فاراداي على حقيقة أن الشحنة ، عندما تدخل الموصل ، تتوزع على سطحها ، بينما يظل الجزء الداخلي محايدًا. في الواقع ، الخلية بأكملها ، التي تتكون من مادة موصلة ، هي موصل واحد ، وتكتسب "نهايات" الشحنة المعاكسة. يخلق التيار الكهربائي الناتج حقلاً يعوض عن التأثيرات الخارجية. شدة المجال الكهربائي في الجزء الداخلي من هذا الهيكل هي صفر.
ومن المثير للاهتمام ، إذا تم إنشاء الحقل داخل الخلية ، فإن التأثير يعمل أيضًا. ومع ذلك ، في هذا السيناريو ، سيتم توزيع الشحنة على السطح الداخلي للشبكة أو أي مستوى موصل آخر ولن تكون قادرة على اختراق الخارج.
في المصطلحات الإنجليزية ، يبدو CF مثل "Faraday shield" ، أي "Faraday shield / screen". ينقل هذا المفهوم جيدًا جوهر الجهاز ، والذي ، مثل الدرع أو الشاشة الواقية ، يعكس الأشعة التي تؤثر على محتوياته.
يجب أن نتذكر أن تأثير التدريع يعمل فقط في مجال مغناطيسي متناوب. لا يتداخل مع تأثير مغناطيسي ثابت أو متغير قليلاً ، على سبيل المثال ، الإمكانات المغناطيسية الطبيعية للأرض.
لتحديد ما إذا كانت غرفة فاراداي ستعكس إشعاعًا عالي التردد ، يكفي معرفة حجم الخلايا الشبكية (إذا كان الجزء الموصل مصنوعًا في شكل قفص) والطول الموجي لموجة التمثيل.يكون البناء فعالاً إذا كانت القيمة الثانية أكبر من الأولى.
مجالات تطبيق تأثير التليف الكيسي
التأثير الذي اكتشفه فاراداي ليس له معنى علمي فحسب ، بل له أيضًا تطبيق عملي واسع النطاق. يمكن العثور على أبسط مثال على قفص فاراداي في الحياة اليومية ، فهو موجود في أي مطبخ تقريبًا - إنه فرن ميكروويف. خمسة جدران من جسمها مصنوعة من ألواح فولاذية سميكة إلى حد ما ، وبين طبقتين من زجاج الباب توجد طبقة معدنية بها ثقوب لتحسين الرؤية.
كابينة RF
مقصورة التردد اللاسلكي هي غرفة معزولة عن تأثيرات الانبعاث الكهربائي والمغناطيسي والراديوي ، وعادة ما تكون في منطقة صغيرة. تم تجهيز جدرانه وأرضيته وسقفه بحواجز شبكية عالية التوصيل تشكل قفصًا مغلقًا ولكن غير مرئي.
غرف التصوير بالرنين المغناطيسي
تتطلب المعدات عالية الدقة مثل التصوير المقطعي الطبي لتشخيص الرنين المغناطيسي حماية دقيقة من الموجات الكهرومغناطيسية الخارجية. يمكن أن يؤثر أدنى تأثير خارجي على نتيجة الدراسة ، وبالتالي فإن الغرفة التي توجد بها وحدة التصوير بالرنين المغناطيسي محمية تمامًا.
مختبرات
في البحث المخبري ، من أجل الحصول على نتائج دقيقة ، من المهم ليس فقط استخدام المعدات المتطورة ، ولكن أيضًا لحمايتها بشكل موثوق من العوامل الخارجية مثل المجالات المغناطيسية والكهربائية.
يجب أن يكون مفهوما أن هذا لا يشير فقط إلى الإشعاع الاتجاهي من مصادر محددة ، ولكن أيضًا إلى الضوضاء الكهرومغناطيسية الموجودة باستمرار في الغلاف الجوي ، خاصة في المناطق المأهولة بالسكان وفي المناطق المجاورة لها.
من أجل التدريع عالي الجودة للمعدات مع تأثير CF ، يلزم إجراء حسابات تصميم متخصصة وتركيب احترافي.
بدلات واقية
تم تطوير بدلات خاصة للأشخاص الذين يعملون في مناطق بها احتمالية عالية لحدوث صدمة كهربائية. الطبقة العلوية مصنوعة من قماش يحتوي على معادن ويتم فصلها عن الجسم بواسطة مادة عازلة. في حالة وجود تيار ثابت أو كهربائي متبقي ، تتدفق الشحنة إلى أسفل الغلاف الخارجي للمجموعة.
لا غنى عن الملابس الواقية عند العمل مع خطوط الجهد العالي. حتى عند عدم تنشيطها ، فإنها تحتفظ بمستوى خطير من الشحنات الساكنة بسبب عدة كيلومترات من الأسلاك الكهربائية.
في عالم الترفيه
تأثير CF ، المعروض بشكل ملون على المسرح ، مذهل للغاية. في هذه الحالة ، لا يتم استخدام القفص البسيط في كثير من الأحيان ، ولكن يبدو أنه غلاف عديم الوزن مصنوع من شبكة خشنة ، أو حتى بدلة مصممة خصيصًا تشبه الملابس العادية. في هذه الحالة ، يتم توفير التيار بأكبر قدر ممكن من الفعالية ، على سبيل المثال ، باستخدام ملفات تسلا أو الأجهزة المماثلة التي تولد شحنة من مولد إلكتروستاتيكي.
صنع قفص فاراداي بيديك
في الحياة اليومية ، قد يكون تصنيع CF محلي الصنع ضروريًا "لإخفاء" الأجهزة من تأثير الموجات المختلفة التي يمكن أن تسبب اضطرابات في "الحشو" الإلكتروني الحساس.
مثال على هذا التصميم هو صندوق من الخشب الرقائقي منتهي بطريقة معينة. نظرًا لأن الخشب الرقائقي يعمل كطبقة عازلة ، يجب أن يكون نظيفًا وجافًا تمامًا. يمكنك تجميع الصندوق بيديك أو تجهيزه - الشيء الرئيسي هو أنه يتم تجميعه دون استخدام المسامير أو أدوات التثبيت المعدنية الأخرى. يتم التجميع على عدة مراحل:
- تنقسم رقائق الطعام إلى شرائح ، حسب حجم جدران الخشب الرقائقي أو فراغاتها.
- يتم قطع أسطح صندوق المستقبل برقائق من الخارج. في هذه الحالة ، يجب أن يتحول جانبها اللامع إلى الخارج.
- يتم تثبيت الجدران من الداخل بشريط لاصق ، ويوضع زوج من وسادات الماوس في أسفل الصندوق.
- يتم التحقق بعناية من أنه في الوضع المغلق للغطاء ، تشكل طبقة الرقائق غلافًا مستمرًا ، دون أدنى فجوات وفواصل.
يفترض الخيار الثاني أن الخزان المعدني المصنوع يدويًا (مقلاة ، صندوق ، صندوق ، إلخ) يعمل كأساس لقفص فاراداي ، داخله يكون العزل مصنوعًا من الورق المقوى أو نفس الخشب الرقائقي أو مادة أخرى. لا تقل أهمية حالة الغطاء المحكم لهذا التصميم عن تلك الموصوفة أعلاه.
هل أحتاج إلى التأريض
لا يوجد إجماع على الحاجة إلى تأريض قوات التحالف. من الضروري تأريض الهياكل الكبيرة وتلك التي يمكن أن تتأثر بتفريغ كهربائي قوي بشكل خاص.
يحمي التأريض بالطبع من حالات الطوارئ عندما يمكن للشحنة القوية المتراكمة أن "تخترق" الهواء وتضرب شيئًا أو شخصًا قريبًا.
اختبار قفص فاراداي محلي الصنع
لاختبار مبدأ قفص فاراداي في الممارسة العملية ، من الأنسب استخدام راديو مدمج يعمل بالبطارية. يجب تشغيله بأقصى مستوى صوت وضبطه على أقوى قناة FM متاحة. إذا كانت الخلية تعمل ، فسيتم إسكات الراديو الموجود بها.
إذا كان جهاز الاستقبال على الأقل قليلاً ، ولكنه مسموع ، فهذا يعني أنه لا يمكن تحقيق الفرز بنسبة مائة بالمائة ، ويجب البحث عن الفجوات في الطبقة الموصلة.
مناسبة لاختبار الكاميرا والهاتف المحمول التي تم تجميعها ذاتيًا. بمجرد دخوله ، سيتوقف عن استقبال الإشارات من المحطات الأساسية ، أي عندما تتصل به ، سوف تسمع الرسالة المقابلة من المخبر التلقائي لمشغل الهاتف المحمول.
مقالات مماثلة:
