Il brillante scienziato e inventore del 19° secolo, Michael Faraday, è noto per il suo lavoro attivo con l'elettricità, il campo elettromagnetico e i relativi fenomeni fisici. Una delle scoperte più significative è stata una struttura protettiva chiamata gabbia di Faraday. Di seguito capiremo di cosa si tratta e quale valore pratico rappresenta l'invenzione.
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Cos'è una gabbia di Faraday
Una gabbia di Faraday è una scatola con pareti in metallo altamente conduttivo. Il design non richiede una connessione di alimentazione esterna, ma, di regola, è collegato a terra. L'effetto fisico della cellula si manifesta sotto l'influenza di un fattore esterno, che è la radiazione elettromagnetica.
I primi costrutti per dimostrare l'effetto di schermatura sembravano una normale cella, che ha dato il nome a questo fenomeno.Infatti le pareti metalliche o forate della "scatola" sono comode per il controllo visivo di oggetti o dispositivi posti all'interno di uno spazio ristretto, ma possono essere facilmente sostituite con quelle piene. La cosa principale è che il materiale è conduttivo.
Principio operativo
L'azione della gabbia di Faraday si basa sul fatto che la carica, quando entra nel conduttore, si distribuisce sulla sua superficie, mentre l'interno rimane neutro. Infatti l'intera cella, costituita da un materiale conduttivo, è un unico conduttore, le cui "estremità" acquisiscono la carica opposta. La corrente elettrica risultante crea un campo che compensa le influenze esterne. L'intensità del campo elettrico nella parte interna di tale struttura è zero.
È interessante notare che se il campo viene generato all'interno della cella, anche l'effetto funziona. Tuttavia, in questo scenario, la carica sarà distribuita sulla superficie interna della griglia o altro piano conduttivo e non sarà in grado di penetrare all'esterno.
Nella terminologia inglese, CF suona come "scudo di Faraday", ovvero "scudo / schermo di Faraday". Questo concetto ben trasmette l'essenza del dispositivo, che, come uno scudo o uno schermo protettivo, riflette i raggi che ne influenzano il contenuto.
Va ricordato che l'effetto schermante funziona solo su un campo magnetico alternato. Non interferisce con un effetto magnetico costante o leggermente variabile, ad esempio il potenziale magnetico naturale della Terra.
Per determinare se la camera di Faraday rifletterà la radiazione ad alta frequenza, è sufficiente conoscere la dimensione delle celle della griglia (se la parte conduttiva è realizzata a forma di gabbia) e la lunghezza d'onda dell'onda agente.La costruzione è efficace se il secondo valore è maggiore del primo.
Ambiti di applicazione dell'effetto CF
L'effetto scoperto da Faraday non ha solo un significato scientifico, ma anche un'applicazione pratica abbastanza ampia. L'esempio più semplice di una gabbia di Faraday può essere trovato nella vita di tutti i giorni, è presente in quasi tutte le cucine: questo è un forno a microonde. Cinque pareti del suo corpo sono costituite da lastre di acciaio abbastanza spesse e tra i due strati di vetro della porta è presente uno strato di metallo con perforazioni per una migliore visibilità.
Cabina RF
Una cabina a radiofrequenza è una stanza isolata dagli effetti delle emissioni elettriche, magnetiche e radio, solitamente di una piccola area. Le pareti, il pavimento e il soffitto sono dotati di griglie altamente conduttive che formano una gabbia chiusa ma invisibile.
Sale per risonanza magnetica
Apparecchiature ad alta precisione come un tomografo medico per la diagnostica della risonanza magnetica richiedono un'attenta protezione dalle onde elettromagnetiche esterne. La minima influenza esterna può influenzare il risultato dello studio, quindi la stanza in cui si trova l'unità di risonanza magnetica è completamente schermata.
Laboratori
Nella ricerca di laboratorio, per ottenere risultati accurati, è importante non solo utilizzare apparecchiature avanzate, ma anche proteggerle in modo affidabile da fattori esterni come campi magnetici ed elettrici.
Va inteso che questo si riferisce non solo alla radiazione direzionale proveniente da specifiche sorgenti, ma anche al rumore elettromagnetico che è costantemente presente nell'atmosfera, soprattutto nelle aree popolate e nelle loro vicinanze.
Per una schermatura di alta qualità delle apparecchiature con l'effetto CF, sono necessari calcoli di progettazione specializzati e un'installazione professionale.
Tute protettive
Per le persone che lavorano in aree ad alta probabilità di scosse elettriche, sono state sviluppate tute speciali. Il loro strato superiore è realizzato in tessuto contenente metallo ed è separato dal corpo da un materiale isolante. In caso di corrente statica o elettrica residua, la carica scorre lungo il guscio esterno del kit.
L'abbigliamento protettivo è indispensabile quando si lavora con linee ad alta tensione. Anche diseccitati, mantengono un pericoloso livello di carica statica a causa di molti chilometri di cavi elettrici.
Nel mondo dello spettacolo
L'effetto CF, colorato sul palco, è molto spettacolare. In questo caso, non viene spesso utilizzata una semplice gabbia, ma un guscio apparentemente privo di peso fatto di maglia grossolana o anche un abito appositamente progettato che ricorda i vestiti normali. In questo caso, la corrente viene fornita nel modo più efficace possibile, ad esempio utilizzando bobine di Tesla o dispositivi simili che creano una carica da un generatore elettrostatico.
Realizzare una gabbia di Faraday con le tue mani
Nella vita di tutti i giorni, la fabbricazione di un CF fatto in casa può essere necessaria per "nascondere" gadget dall'azione di varie onde che possono causare disturbi nel sensibile "ripieno" elettronico.
Un esempio di un tale design è una scatola di compensato rifinita in un certo modo. Poiché il compensato funge da strato isolante, deve essere perfettamente pulito e asciutto. Puoi assemblare la scatola con le tue mani o portarla pronta: l'importante è che sia assemblata senza l'uso di chiodi o altri elementi di fissaggio in metallo. Il montaggio avviene in più fasi:
- La pellicola alimentare è divisa in segmenti, in base alle dimensioni delle pareti di compensato o dei loro spazi vuoti.
- Le superfici della futura scatola sono rifinite con un foglio dall'esterno. In questo caso, il suo lato lucido dovrebbe essere rivolto verso l'esterno.
- Le pareti sono fissate dall'interno con nastro adesivo e un paio di tappetini per mouse sono posizionati sul fondo della scatola.
- Si controlla attentamente che nella posizione chiusa del coperchio, lo strato di alluminio formi un guscio continuo, senza i minimi spazi e rotture.
La seconda opzione presuppone che un serbatoio di metallo fai-da-te (padella, scatola, scatola, ecc.) serva come base della gabbia di Faraday, all'interno della quale l'isolamento è realizzato in cartone, lo stesso compensato o altro materiale. La condizione di una perfetta aderenza del coperchio per questo design non è meno importante di quella sopra descritta.
Devo fare la messa a terra
Non c'è consenso sulla necessità di mettere a terra il CF. È obbligatorio mettere a terra le strutture di grandi dimensioni e quelle che possono essere interessate da una scarica elettrica particolarmente potente.
La messa a terra, ovviamente, protegge dalle situazioni di emergenza quando la forte carica accumulata può "sfondare" l'aria e colpire un oggetto o una persona vicini.
Testare una gabbia di Faraday fatta in casa
Per testare in pratica il principio della gabbia di Faraday, è più conveniente utilizzare una radio compatta alimentata a batteria. Dovrebbe essere acceso al massimo volume e sintonizzato sul canale FM più potente disponibile. Se la cella funziona, la radio al suo interno verrà silenziata.
Se il ricevitore è almeno un po', ma udibile, significa che non è stato possibile ottenere uno screening al cento per cento e che dovrebbero essere cercate le lacune nello strato conduttivo.
Adatto per testare fotocamera e telefono cellulare autoassemblati. Una volta all'interno, smetterà di ricevere segnali dalle stazioni base, ovvero quando lo chiamerai sentirai il messaggio corrispondente dall'informatore automatico dell'operatore di telefonia mobile.
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