كيفية بناء قفص فاراداي

المحتوى

• فاراداي قفص
• نصائح
• فاراداي كيج ديي
• فاراداي كيج واي فاي
• فاراداي قفص التطبيقات
• فيراداي قفص الفيزياء
• فاراداي كيج هاوس
• فاراداي كيج للمولد تاريخ

قد تكون الكهرباء خطيرة ، ولكن اتخاذ احتياطات السلامة المناسبة يمكن أن تتيح لك دراسة كيفية تدفق الشحنات ، وكيف تحدث الحقول الكهربائية ، وكيف تعمل الظواهر الأخرى في الكهرباء.

منذ فجر الكهرباء في الفيزياء ، استخدم العلماء معدات لحماية أنفسهم من الأذى عند إجراء التجارب. هذه المعرفة ستخلق أقفاص فاراداي كطرق لمنع الناس من التعرض للكهرباء.

فاراداي قفص

نصائح

عندما يتلامس مجال كهربائي خارجي مع القفص ، يولد القفص نفس المجال الكهربائي كما لو أن الشحنة قد وضعت في الداخل. يتم تحييد السطح مع تدفق الشحنة الزائدة إلى الأرض إذا تم وضع القفص. يمنع هذا الجهد من التكوين على الجانب الآخر من القفص بحيث لا يمر الحقل بالمادة. أعاد توزيع الشحنات نفسها على الجانب الآخر من المادة حيث يتم تحريض الشحنات الكهربائية على السطح.

فاراداي كيج ديي

تتطلب طريقة إنشاء قفص فاراداي صفائح معدنية من النحاس أو الألمنيوم أو شريط أو مقص أو كرتون أو حاوية مادة مماثلة وبالون لاختبار ما إذا كان القفص يعمل. المواد التي تعمل بشكل أفضل هي أسلاك الألمنيوم أو النحاس أو الدجاج لأسلاك الدجاج فاراداي. تتطلب أقفاص فاراداي قدرًا كبيرًا من الاتصال بين المكونات المعدنية حتى يعمل التصميم الشبكي جيدًا.

قم بتكوين الحاوية في درع Faraday أو قفص من خلال تحويلها إلى ، على سبيل المثال ، مربع يمكن أن يحميك من محيطك. لف رقائق معدنية أو صفائح حول الحاوية. تأكد من أن القفص لديه الكثير من الاتصال بين الصفائح المعدنية.

قص الشاشة بحيث يمكنك رؤية الخارج من داخل القفص. تأكد من أن الثقوب أصغر من الطول الموجي للإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تريد منعه من الدخول.

بعض التعليمات العامة هي:

فاراداي كيج واي فاي

حاول استخدام هاتفك الخلوي داخل القفص. هل يستقبل أو ينقل إشارات wifi؟ لا يزال يتعين عليك الحصول على كمية أضعف من شبكة wifi لأن أقفاص فاراداي يمكن أن تخفف من وتيرة الهواتف المحمولة ، ولكن لا توقفها تمامًا.

تحتوي موجات الراديو التي تستخدمها الهواتف المحمولة على عدد قليل من الترددات الكافية للتسرب من خلال ثقوب صغيرة في القفص ، لذا ستحتاج إلى لحام أو سد فجوات صغيرة في قفص فاراداي للعمل ضدها.

فاراداي قفص التطبيقات

يستخدم الكيميائيون أقفاص فاراداي لتقليل الضوضاء من المصادر الخارجية أثناء إجراء قياسات دقيقة. يستخدم باحثو الطب الشرعي الرقمي حقائب فاراداي ، أقفاص فاراداي المصنوعة من نسيج معدني مرن ، لمنع المسح عن بُعد وتغيير الأدلة الجنائية.

توفر أقفاص فاراداي الأمان لأجهزة الكمبيوتر لإحباط إجراءات مثل التجسس. تعمل السيارات والطائرات أساسًا كأقفاص فاراداي عن طريق منع المسافرين من الاتصال بالشحنات الكهربائية الضارة.

تُستخدم أقفاص فاراداي أيضًا في منع أجهزة الإرسال اللاسلكية من التدخل في أجهزة أخرى وحماية الأفراد والأشياء من تيارات الصواعق والتفريغات. الأجهزة المنزلية تستخدمها أيضًا. تحتوي أفران الميكروويف على دروع لمنع الموجات من الخروج من الداخل بينما تقلل كابلات التليفزيون من التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي لإنشاء الصور.

يمكن أن تؤثر الموصلية المختلفة للمعادن على كيفية منع أقفاص فاراداي من دخول الحقول الكهربائية. النحاس هو الأكثر فعالية ، ويستخدم في مرافق التصوير بالرنين المغناطيسي في المستشفى وأجهزة الكمبيوتر ، والتي يمكن تشكيلها في سبائك النحاس والبرونز الفوسفور لأغراض أكثر تحديدا.

يعتبر الألومنيوم مادة جيدة أيضًا لأنه قوي لوزنه وله موصلية عالية ، لكنه يمكن أن يصدأ بمرور الوقت وليس ملحومًا جيدًا. تشمل الميزات الأخرى في تصميم أقفاص فاراداي السعر والتآكل والسماكة والقدرة على الحركة والترددات المحظورة وكيف يمكن تشكيل المواد نفسها في قفص.

فيراداي قفص الفيزياء

••• سيد حسين آذر

تحمي أقفاص فاراداي الدواخل من الحقول الكهربائية ، وهو مجال قوة يحيط بالجزيئات المشحونة مثل البروتونات أو الإلكترونات. يمكن استخدام قانون Coulombs لوصف القوة الكهربائية E مثل ه = ه₁ البريد₂/ 4πε₀ص² فيها _r هو نصف القطر بين الجزيئات المشحونة ، ε₀ هو عدد ثابت من السماحية الفراغ من 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ و _e₁ البريد₂ هي شحنات الجسيمات.

عندما داخل القفص ، يمكن قياس أي كهرباء تتلامس مع السطح الخارجي باستخدام هذه الصيغة. يبقى الحقل الصافي داخل القفص صفراً ، مما يحمي كل ما بداخل القفص.

يجب أن تكون الشحنات الموجودة في الموصل ، مثل المواد الموصولة في قفص فاراداي ، في حالة التوازن بعيدة قدر الإمكان حتى تظل الشحنة على السطح. هذا يبقي المجال الكهربائي داخل الصفر. إذا قمت بإحضار جسم مشحون إيجابياً إلى الخارج من القفص ، فإن الإلكترونات الموجودة على السطح الداخلي تتراكم حوله لإلغائه.

فاراداي كيج هاوس

إذا كنت تتخيل نفسك في بيت قفص فاراداي ، يمكنك استخدام مواد مختلفة لحماية نفسك من التداخل الكهرومغناطيسي.

يعد النحاس العنصر الأكثر موثوقية في تطبيقات التصوير بالرنين المغناطيسي في الطب لحماية الأشخاص من أضرار الإشعاع الكهرومغناطيسي. من السهل أيضًا الجمع بين العناصر الأخرى لإنشاء سبائك مثل النحاس والبرونز الفوسفوري والنحاس البريليوم التي لها قيم أعلى من الموصلية.

الفولاذ المطلي بالقصدير هو مادة فعالة من حيث التكلفة تمنع الترددات المنخفضة من الدخول. الكربون الصلب هو خيار مثالي آخر يمكنه حجب الترددات التي تفوتها سبائك السبائك والعناصر الأخرى. غالبًا ما تأتي هذه المواد مع طلاء بالقصدير لمنعها من التآكل.

من المعروف أن سبائك النحاس قادرة على مقاومة التآكل. يعتبر الألومنيوم خيارًا مثاليًا آخر ، على الرغم من أنك تحتاج إلى فحص خصائص التآكل والأكسدة في الجلفنة ، إلا أنه يمكن أن يخدم مجموعة متنوعة من التطبيقات بسبب نسبة القوة إلى الوزن الجيدة والكمية العالية من التوصيل.

فاراداي كيج للمولد تاريخ

••• سيد حسين آذر

في عام 1836 ، لاحظ الفيزيائي مايكل فاراداي أن الموصل المشحون سيخزن الشحنة الزائدة داخل المادة نفسها ، وليس في التجويف الذي يحيط به الموصل. انه المغلفة غرفة مع رقائق معدنية. مع وجود مولد إلكتروستاتيكي في الخارج ، لاحظ أنه لا توجد شحنة في الداخل وفقًا لمجهره الكهربائي ، وهو جهاز يستخدم لقياس الشحن الكهربائي. اعتاد أن بناء قفص فاراداي لهذا المولد.

بعد سبع سنوات ، أظهر فاراداي أن الشحنة لا تزال على سطح موصل للأسطح المعدنية. باستخدام دلو معدني مع ثلج ، أظهر الشحنة الكهربائية في قشرة الموصل التي تخلق شحنة على السطح الداخلي للقذيفة. التهمة لم تؤثر على حجم الداخلية للقذيفة. باستخدام المكشاف الكهربائي لقياس الشحنات الكهربائية ، ستصبح تجربته أول تجربة كمية على الشحن الكهربائي.