Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Что такое клетка Фарадея
Количество просмотров: 108805
Комментарии к статье: 8


Что такое клетка Фарадея


В далеком 1836 году английский физик и изобретатель Майкл Фарадей создал специальное устройство для экранирования аппаратуры от электромагнитных излучений. Это устройство актуально и по сей день, и как и прежде носит имя ученого. Речь о клетке Фарадея.

Майкл Фарадей

Данное устройство представляет собой защитную клетку, изготовленную из обладающего высокой электропроводностью металла, и, как правило, заземленную. Принцип действия этого простого устройства также достаточно прост:

Клетка Фарадея

Когда внешнее электрическое поле воздействует на клетку, свободные электроны металла клетки приходят в движение, и противоположные стороны конструкции оказываются заряжены так, что их поле компенсирует внешнее электрическое поле.

Это можно проверить на простом эксперименте с двумя электроскопами и клеткой Фарадея, заряженной от высоковольтного источника: электроскоп, присоединенный к внутренней поверхности латунной клетки Фарадея, и помещенный внутрь нее, не покажет наличия электрического заряда, а электроскоп, подключенный снаружи — покажет.

Электроскоп — прибор для обнаружения электрических зарядов, основанный на взаимодействии зарядов. При наличий зарядов вследствие их взаимодействия подвижная система электроскопа (листочки, стрелка) отклоняется от положения равновесия, и но величине отклонения можно приблизительно судить о величине зарядов.

Электромагнитная волна

Постоянное же магнитное поле, в отличие от электрического, внутрь клетки проникнет беспрепятственно. Однако, поскольку переменное электрическое поле, порождающее переменное магнитное поле, экранируется клеткой, то переменное магнитное поле внутрь клетки не проникает, так как просто не успевает возникнуть. По этой причине клетка Фарадея защищает внутреннее свое пространство, и объекты, находящиеся в нем, не только от электрического поля, но и от действия внешних электромагнитных волн.

ячейки сетки клетки

Если же обратить внимание на высокие частоты, то электромагнитные волны высокой частоты (по сравнению с размером ячейки сетки клетки) будут частично отражаться от клетки, а также будут просто напросто затухать в толще металла, индуцируя в нем вихревые токи, и рассеиваясь в конечном итоге в виде тепла.

Тем не менее, эффективность экранирующей функции клетки Фарадея связана со следующими параметрами: с глубиной поверхностного слоя (скин-слоя), с толщиной металла клетки, и с размером проема по отношению к длине волны внешнего излучения, от которого требуется экранирование.

Так, для экранирования кабелей применяют клетки Фарадея с проводниками конструкции из хорошо проводящих материалов. Размер ячейки, для эффективной работы клетки Фарадея, обязательно должен быть сильно меньше длины волны экранируемого излучения.

Демонстрация работы клетки Фарадея

Разновидность клетки Фарадея каждый может встретить в микроволновке. На дверце микроволновки присутствует металлическая сетка, ячейки которой достаточно мелки по сравнению с длиной волны, создаваемой магнетроном. Микроволновка работает на частоте 2450 МГц, и длина волны здесь чуть больше 12 см, очевидно, сетка на дверце микроволновки легко экранирует это излучение, не давая ему выйти наружу.

Роль остальной части клетки в микроволновой печи играет металлическая камера, в которой находится разогреваемая пища. Кстати, если в микроволновую печь (в выключенную!) положить сотовый телефон, то он окажется вне зоны действия сети, поскольку волны сотовой связи стандарта GSM еще длиннее, чем волны порождаемые магнетроном микроволновки.

Разновидность клетки Фарадея в микроволновке

Другие примеры клеток Фарадея из реальной жизни:

  • Машины и самолеты. Оба эти вида транспорта представляют собой гигантские металлические клетки. Благодаря металлическому корпусу автомобили и самолеты защищены от ударов молнии. Если вы когда-нибудь застрянете в машине во время грозы или ваш самолет пролетает через грозу, вам не нужно беспокоиться о том, что молния навредит вам.

  • Лифты. Они не строятся специально как клетки Фарадея, но поскольку лифты сделаны из металлических проводящих материалов, то они создают эффект клетки Фарадея. Во многих случаях лифты становятся «мертвыми зонами» для устройств, которым требуются внешние электромагнитные сигналы - например, мобильных телефонов и  радиоприемников. 

  • Кабинеты МРТ. Аппараты магнитно-резонансной томографии используют сильные магнитные поля и радиоволны для создания изображений тела. Помещения вокруг машин МРТ созданы как клетки Фарадея, чтобы внешние источники радиочастот не мешали визуализации, а также предотвращали выход избыточного количества излучения из комнаты МРТ.

  • Военные и правительственные здания. Военные комнаты, операционные центры, центры обработки данных, конференц-офисы, а также комнаты промышленного шпионажа, безопасности и разведки часто состоят из клеток Фарадея. Это сделано для защиты комнаты и ее конфиденциальной или очень ценной информации внутри от взлома, подслушивания или даже кибервойны и атак с помощью ЭМИ (электромагнитного импульса). Однако те, кто работает в клетках Фарадея с электронным оборудованием, часто подвергаются гораздо более высокому риску воздействия электромагнитного поля, поскольку излучения остаются внутри здания.

  • Примером современной клетки Фарадея является сумка ConcealShield® Privacy Pouch, которая полностью закрывает устройство, чтобы блокировать все излучения и все беспроводные сигналы на вход и выход. Это сумка предотвращают кражу личных данных и отслеживание мобильного устройства.

Сумка ConcealShield® Privacy Pouch

Существуют специальные металлические костюмы, работающие по принципу индивидуальной клетки Фарадея, изготовленные из волокон нержавеющей стали и меди.

Такие костюмы используют монтажники высоковольтных линий электропередач, ибо даже отключенная линия, длиной в много километров, скапливает на себе опасное количество статического заряда. А костюм защищает человека от поражения электрическим разрядом.

металлические костюмы, работающие по принципу индивидуальной клетки Фарадея

Подобные защитные комплекты на основе серебряной ткани защищают электромонтеров и от вредного воздействия электромагнитного поля высоковольтных установок, где электрическая составляющая очень высока. Такие комплекты, как утверждают их производители, предназначены для защиты:

  • от воздействия электрического поля промышленной частоты;

  • от воздействия тока смещения, вызванного переменным электромагнитным полем;

  • от воздействия интенсивного электромагнитного излучения, возникающего при разряде между контактами разъединителей;

  • от разрядов электрического тока при прикосновении к заземленным или изолированным предметам, частям оборудования, а также траве и мелкому кустарнику;

  • от электротравм при попадании под наведенное или шаговое напряжение.

Комплекты создают замкнутое экранированное пространство вокруг тела человека, облаченного в костюм, исключая любое проникновение электрического поля внутрь. Все элементы комплектов изготавливаются из электропроводящих материалов и соединяются между собой каналами повышенной проводимости и электропроводящими контактными выводами. Благодаря таким костюмам тело человека шунтируется, и обеспечивается безопасное стекание токов электростатической или емкостной природы.

эффект клетки фарадея

Любители катушек Тесла также используют костюмы, напоминающие индивидуальные клетки Фарадея. Ток просто стекает по поверхности костюма на проводящие части с меньшим сопротивлением, не причиняя ущерба человеку, участвующему в шоу.

клетка фарадея в комнате

Как видим, клетка Фарадея применяется сегодня много где. В клетки Фарадея заключают электрические установки высокого напряжения, клетки Фарадея используют в шоу, наконец любое производство, связанное с опасным микроволновым и другим электромагнитным излучением, не обходится без целых цехов и комнат, заключенных в клетки Фарадея.

Эксперименты

Надеемся, что данная статья явилась для вас полезной, и теперь вы понимаете, насколько важное значение может иметь простое с виду устройство, напоминающее обычную коробку из сетки. Ведь Клетка Фарадея в различных применениях не только экранирует разнообразное чувствительное к электрическим полям и излучениям оборудование, но и бережет здоровье людей, предотвращая онкологические, и многие другие заболевания, которые могут быть вызваны чрезмерным действием электромагнитных излучений на живой организм.

Андрей Повный 

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Применение электростатической индукции в технике
  • Активные молниеотводы не работают - критика современных методов молниезащит ...
  • Беспроводная радиосвязь, электромагнитное поле, электромагнитные волны и их ...
  • Природа магнетизма (Каганов М. И., Цукерник В. М.)
  • Способы беспроводной передачи электроэнергии
  • Кто придумал и сделал первый трансформатор
  • Как акулы используют закон Ома и теорию вероятностей
  • Как пахнет электромагнитное поле
  • Короткозамкнутый и фазный ротор - в чем различие
  • Практическое применение электролиза
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Михаил |

    Электростатический экран — заземленный металлический проводник, служащий для защиты каких-либо других проводников от воздействия посторонних электрических полей. Действие электростатического экрана основано на явлении электростатической индукции. Вследствие индукции на экране возникают заряды, противоположные тем, которые создают постороннее электрическое поле (заряды того же знака, также возникающие при индукции, уходят в землю). Силовые линии постороннего поля замыкаются на экране, и не действуют на защищаемый экраном проводник. В случае переменных электрических полей заряды, индуктируемые на экране, все время изменяются и по экрану текут токи. Чтобы экран выполнял свое назначение в случае переменных (особенно высокочастотных) полей, он должен обладать малым омическим сопротивлением, должен кругом охватывать экранируемый проводник и не иметь больших отверстий (чтобы токи, текущие по экрану, не влияли на экранируемый проводник).

      Комментарии:

    #2 написал: Алекс |

    Клетка Фарадея это заземленный металлический экран, окружающий часть оборудования, чтобы исключить электростатические и электромагнитные воздействия. Вот почему самое безопасное место во время грозы - это машина. 

      Комментарии:

    #3 написал: Олег Иванов |

    Идеальные клетки Фарадея, которые полностью окружают человека или устройство, могут блокировать 100% электромагнитного излучения , если используется правильный материал. Однако любое устройство внутри клетки не будет работать, потому что сигналы, необходимые для обслуживания, также будут заблокированы. Хорошая новость заключается в том, что мы все еще можем использовать концепции, открытые Фарадеем, для создания двумерного щита вместо клетки , которая может действовать как стена, блокирующая электромагнитное излучение, идущее с одной стороны. Конечно, этот экран должен иметь правильные характеристики материала, чтобы блокировать определенные частоты ЭМП, излучаемые технологией.

      Комментарии:

    #4 написал: Сергей Серомашенко |

    Клетка Фарадея представляет собой полностью закрытую клетку , изготовленную из электропроводящего материала (например, из проволочной сетки). Внутреннее пространство клетки защищено (укрыто) от воздействия внешних электрических, электростатических и электромагнитных полей и волн. Принцип заключается в свойстве электрического заряда концентрироваться только на поверхности проводника, а не в его объеме. Клетка в целом действует как проводник, поэтому в ее внутреннем объеме нет заряда. Электромагнитное излучение поглощается поверхностью клетки. Эффект клетки Фарадея возникает только в полностью закрытых помещениях. Клетка Фарадея на практике используется в качестве защиты электрооборудования, складов с взрывоопасными или легковоспламеняющимися материалами, электростатически чувствительного электронного оборудования и т.д. перед атмосферными выбросами. Хотя самолет представляет собой клетку Фарадея, он не заземлен, а внутри находится большое количество перегородок, образующих антенны, передающие электромагнитные поля внутрь самолета. Хотя сама молния не проникает в салон, сопутствующие электромагнитные удары могут вывести из строя электронные устройства самолета. Самолет избавляется от полей со своей поверхности специальными антеннами на концах крыльев.

      Комментарии:

    #5 написал: Антон |

    Клетки Фарадея встречаются на каждом шагу. Почти все дома представляют собой клетки Фарадея, так как построены из железобетона. Микроволновые печи состоят из металлического корпуса с прозрачной дверцей спереди, на которую нанесена металлическая пленка, с отверстиями, делающими ее прозрачной. Таким образом, они образуют клетку Фарадея для микроволнового излучения. Он имеет длину волны примерно 12 сантиметров, слишком большую, чтобы вырваться через отверстия.

      Комментарии:

    #6 написал: Валерия |

    Какие материалы используются для создания клетки Фарадея?

      Комментарии:

    #7 написал: Гость |

    Клетка Фарадея - это устройство, предназначенное для защиты электронного оборудования от внешних электромагнитных полей. Принцип работы клетки Фарадея заключается в том, что она образует экран, который блокирует проникновение электромагнитных волн внутрь. Клетки Фарадея применяются в различных областях, где необходимо защитить электронное оборудование от внешних воздействий. Например, они используются в радиолокационных станциях, медицинских приборах, мобильных устройствах и других электронных устройствах.
    Валерия, Для создания клетки фарадея используются различные металлы, такие как медь, алюминий, нержавеющая сталь и другие. Эти металлы обладают хорошей электропроводностью и могут экранировать электромагнитные поля. Также в клетке фарадея могут использоваться диэлектрические материалы, такие как пластик или резина, для изоляции электронных компонентов от металлических частей клетки.

     

      Комментарии:

    #8 написал: Иван |

    Клетки Фарадея используются для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Они защищают только от внешних полей, статическое магнитное поле проникнет внутрь. Клетка Фарадея представляет собой замкнутое пространство, не пропускающее электромагнитные сигналы. Также они используются для защиты электрооборудования, складов с ценностями, а также для защиты важных предметов от ударов молний и солнечных бурей. Клетки Фарадея также использовались для измерения экрана. Для экранирования кабеля необходимо создать ячейки Фарадея с хорошо проволочной поверхностью по всей длине. Они используются в том числе для изготовления томографов, микроволновок, чехлов для телефонов и ноутбуков. Еще клетки Фарадея также использовались для предотвращения стирания и изменения цифровых данных на электронных носителях с преступными целями. 

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.