Клетка Фарадея
Содержание
Для уменьшения помех в проводных линиях связи создают специализированную кабельную продукцию с металлической оплеткой. В дверцах бытовых микроволновых печей устанавливают сетчатую преграду, предотвращающую проникновение СВЧ излучения в сторону пользователя. Эти и другие элементы современных изделий действуют на основе принципов, сформулированных в начале 19-го века. Именно тогда впервые была создана клетка Фарадея. Аналогичные конструкции применяют в наши дни для защиты от электромагнитных волн.
Наглядная демонстрация эффективности защитной системы
Что такое клетка Фарадея
Это название применяют для обозначения конструкций, препятствующих проникновению электромагнитных волн в определенное пространство. Отдельные элементы создают из проводников. В некоторых ситуациях для повышения уровня безопасности применяют контур защитного заземления.
Почему это устройство назвали клеткой
Специфическое наименование – сетка Фарадея, объясняется конструктивными особенностями. Известный ученый соединил токопроводящие элементы соответствующим образом для создания защитной оболочки. Точные сведения о решении экспериментатора отсутствуют. Однако можно сделать предположение о рациональном использовании подручных средств. Понятно, что для изготовления сплошной оболочки с аналогичной толщиной стенок придется расходовать больше материалов.
Принцип действия
Электромагнитные волны провоцируют в проводящем материале движение электронов. Созданные заряды формируют поле, которое компенсирует внешние воздействия. Блокируются электрические и магнитные компоненты волновых процессов. При повышении частотного диапазона защита улучшается частичным отражением и затуханием излучения в толще материала оболочки. При определенных условиях положительный результат обеспечивает разное направление вихревых токов.
Точный расчет по заданной теме содержит составляющие скин эффекта, иные факторы. Однако для практического применения достаточно знать общие принципы и выполнять следующие простые правила:
- работать устройство будет, если размеры ячеек значительно меньше длины волн;
- постоянное магнитное поле беспрепятственно проникает через такую преграду:
- крупные щели, отверстия и другие дефекты сплошного слоя ухудшают защитные свойства.
Сферы применения эффекта КФ
Следующие примеры поясняют, как может использоваться решетка Фарадея:
- действенная молниезащита – силовой каркас автомобиля с элементами кузовных деталей;
- сетка в стенах рабочей зоны способна защитить персонал от излучения локатора;
- аналогичная конструкция предотвратит распространение волн из антенны передатчика вышки сети мобильной связи в сторону квартир жилого дома;
- автосигнализация не сможет передать сигнал на ключ брелок хозяина, если преступник поставит угнанную машину в металлический кузов грузового фургона.
РЧ-кабина
Для экранировки внешних или внутренних излучений в стенах помещений устанавливают сетчатый слой из токопроводящих материалов. В зависимости от целевого назначения, создают защищенный объем определенного размера.
МРТ-помещения
Проектную документацию для таких объектов разрабатывают с учетом особенностей диагностического оборудования и действительного уровня электромагнитных помех. Как правило, вместо решетчатых конструкций применяют сплошное металлическое экранирование медной фольгой. Предотвращают проникновение излучения в зону работы аппаратуры МРТ через оконные и дверные проемы.
К сведению. Для повышения эффективности защитный металлический слой подключают к штатной системе заземления.
Экранирование помещения
Лаборатории
Как и в предыдущем примере, для надежной защиты приборов и предотвращения ошибок при выполнении научных экспериментов требуется предварительная подготовка. Кроме общей загрязненности помехами, проверяют чувствительность измерительной техники.
Защитные костюмы
Рассматриваемые принципы применяют для создания средств индивидуальной защиты обслуживающего персонала линий электропередач. В некоторых ситуациях на отдельных участках трассы накапливаются значительные статические заряды. Задачу решают с помощью металлических нитей, вшитых в одежду. Специальные костюмы обеспечивают защиту от «шагового» напряжения, около контактных групп.
В мире развлечений
Безопасность внутренней зоны клетки Фарадея используют для создания эффектных аттракционов, шоу программ. Сильный шум и яркие вспышки оказывают необходимое эмоциональное воздействие на публику. Вместе с тем специальные костюмы или подготовленные области сцены надежно защищают участников представления от поражения электрическим током.
«Повелители молний» демонстрируют свои навыки в безопасных условиях
Изготовление клетки Фарадея своими руками
Компьютеры, телевизоры, иная техника с полупроводниковыми деталями повреждается сильным электромагнитным излучением. Чтобы исключить частый ремонт дорогих изделий, можно создать клетку Фарадея своими руками для защиты одной комнаты или квартиры в целом.
Может ли клетка иметь отверстия
Чтобы рассчитать приемлемые размеры ячеек, нужно уточнить параметры электромагнитных помех. Для защиты от излучения передатчиков сотовой связи выясняют соответствующий диапазон. Так, если рабочая частота – 1 880 Мгц, длина волны составит приблизительно 15,9 см. Уменьшив это значение в 8-10 раз, получают необходимый результат ≈2 см. На этом расстоянии размещают отдельные элементы решетчатой конструкции.
Что делать с дверью
Щели способны пропускать волны даже при минимальной ширине, которая вычислена по рассмотренной выше методике. Это значит, что соответствующие части дверных проемов нужно закрыть мягкой сеткой из токопроводящего материала.
Что использовать из подручных средств
Для изготовления защищенной зоны можно использовать вышедший из строя холодильник либо другой корпус бытовой техники, металлическое ведро или мусорный бак. Действующую конструкцию необходимых размеров собирают из фанерных листов. Обклеивают наружные поверхности пищевой фольгой. Нужно создать цельный слой без щелей и других дефектов.
Нужно ли заземлять конструкцию
В профессиональных проектах стационарные защитные системы этой категории заземляют. Как правило, аналогичные решения применяют при создании крупных клеток собственными руками. Большие конструкции способны накопить значительную разницу потенциалов на противоположных стенках, поэтому применение таких мер обеспечит необходимый уровень безопасности.
Как проверить работу клетки Фарадея
Затратив определенное время, хочется проверить действительные защитные свойства созданного сооружения. Простейший способ – поместить внутрь клетки сотовый телефон. Звонком или отправлением SMS сообщения на соответствующий номер проверяют отсутствие связи. Аналогичный эксперимент можно выполнить с применением радиоприемника.
