نفسر ما هو قفص فاراداي ، وتاريخه ، وكيف يعمل وكيف يتم بناؤه. أيضا ، أمثلة من الحياة اليومية.
ما هو فاراداي قفص؟
قفص فاراداي عبارة عن حاوية مبطنة بالمواد موصلات الكهرباء (مثل الألواح المعدنية أو الشبكات) التي تعمل كدرع ضد تأثيرات أ الحقل الكهربائي قادمون من الخارج.
العديد من العناصر التي نستخدمها في الحياة اليومية تطبق مبدأ فاراداي قفص ، على سبيل المثال: الكابلات وأفران الميكروويف والسيارات والطائرات. يمكن أن يختلف شكلها وحجمها وكذلك المواد المطلية بها.
تاريخ قفص فاراداي
سمي قفص فاراداي على اسم مخترعه ، الفيزيائي البريطاني مايكل فاراداي (1791-1867) ، الذي لاحظ أن مادة موصلة أظهرت تأثيرات التفريغ الكهربائي من الخارج فقط. يبدو أن هذا يشير إلى أن الشحنات على الموصل تم توزيعها بطريقة تلغي المجالات الكهربائية الداخلية.
لإثبات ذلك ، في عام 1836 ، غطى فاراداي جدران غرفة بألواح الألمنيوم. باستخدام مولد كهرباء ، قام بتطبيق تصريفات عالية الجهد االكهربى خارج الغرفة المذكورة. وباستخدام المكشاف الكهربائي (الجهاز الذي يكتشف وجود الشحنات الكهربائية في جسم) كان قادرًا على التحقق من أن المجال الكهربائي داخل الغرفة كان صفرًا.
بفضل هذا والعديد من التجارب الأخرى ، يحتل Faraday مكانة بارزة بين هؤلاء العلماء الذين جعلوا ذلك ممكنًا لـ كهرباء لها الاستخدامات العملية التي نعرفها اليوم.
كيف يعمل قفص فاراداي؟
عندما يتم تطبيق مجال كهربائي على حاوية مطلية بألمنيوم أو شبكة معدنية ، تعمل الحاوية كموصل كهربائي مستقطب.
عند الاستقطاب ، يصبح الموصل مشحونًا بشكل إيجابي في الاتجاه الذي يتحرك فيه المجال الكهرومغناطيسي الخارجي ، وفي الوقت نفسه ، يصبح مشحونًا سالبًا في الاتجاه المعاكس ، مما يولد مجالًا كهربائيًا متساويًا في الحجم ولكنه عكس المجال الكهرومغناطيسي الذي كان موجودًا. مطبق.
سيكون مجموع كلا الحقلين ، داخل الحاوية المذكورة أو قفص فاراداي ، مساويًا للصفر. أي أن المواد الموصلة ، في وجود مجالات كهربائية خارجية ، تطلب دائمًا شحناتها على سطحها بحيث يكون المجال الكهربائي الداخلي صفرًا.
كيف تصنع قفص فاراداي؟
سيؤدي تغليف الهاتف بالكامل بالألمنيوم إلى منع الإشارة إليه.يعتبر صنع قفص فاراداي أمرًا بسيطًا: فهو يتضمن فقط إحاطة مساحة معينة داخل مادة موصلة. يمكن الوصول بسهولة إلى المواد الضرورية: الشاشات المعدنية أو رقائق الألومنيوم أو الصناديق أو حتى سلة المهملات الفولاذية.
قبل المتابعة يجب مراعاة ما يلي:
- إذا كنا سنستخدم شبكة سلكية أو شبكات (مثل تلك المستخدمة في أقفاص الدجاج) ، فيجب أن تكون الثقوب الموجودة في هذا الموصل أصغر من الطول سيتم حظر الإشارة.
- يجب أن تكون المساحة الداخلية معزولة تمامًا ، بدون تشققات.
- سيعتمد سمك الموصل الذي سيتم استخدامه على التردد الذي سيتم حظره.
هناك العديد من الطرق لعمل قفص فاراداي ، ولكن مع هذه التجربة البسيطة يمكننا التحقق من تأثير التدريع المميز:
- اصنع اسطوانة بشبكة معدنية ومنصة من الألومنيوم.
- ضع راديوًا مضبوطًا على المنصة ، ثم قم بتركيب أسطوانة شبكة سلكية على المنصة. ستلاحظ على الفور كيف يتوقف الإرسال اللاسلكي. يتم مقاطعة الموجات الكهرومغناطيسية التي يجب أن يستقبلها الراديو عن طريق وضع الشبكة.
- خذ هاتفين خلويين وتحقق من أنهما يمكنهما إجراء واستقبال المكالمات دون صعوبة. ثم لف أحد الهواتف بورقة من ورق الألمونيوم. عند إجراء مكالمة لهذا الهاتف ، ستلاحظ أن الإشارة محظورة.
أمثلة على قفص فاراداي
يمكن ملاحظة المبدأ الذي تعمل بموجبه أقفاص فاراداي في العديد من الأمثلة من الحياة اليومية:
- عندما نلاحظ أن هواتفنا المحمولة لا تعمل في المصعد أو داخل مبنى مصنوع من شبكات معدنية ، فإننا نواجه مظهرًا من مظاهر مبدأ قفص فاراداي.
- تم تجهيز أفران الميكروويف لدينا بأقفاص فاراداي لمنعها أمواج الهروب إلى الخارج ويكون لها بعض الآثار الضارة علينا الصحة.
- البدلات الخاصة بفنيي الكهرباء الذين يقومون بإصلاح خطوط الجهد العالي.
- عند قيادة السيارة أثناء عاصفة رعدية ، يوصى بالبقاء داخل السيارة ، حيث تعمل أجسامها مثل قفص فاراداي في مواجهة البرق.
- يتم أيضًا وضع رقائق معدنية أو شبكات على جدران مختبرات التصوير بالرنين المغناطيسي حيث يتم إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي ، لمنع الموجات من الهروب وحماية صحة المشغلين.
- ولدت الهجمات الإلكترونية إمدادًا كبيرًا بـ منتجات لمنع الموجات الكهرومغناطيسية التي يرسلها المتسللون في نهاية المطاف. مختلف اعمال إنها توفر ملحقات لجعل أجهزتنا غير مرئية في مجال التوصيلات اللاسلكية: أغطية مفاتيح السيارة أو حقائب الظهر أو الأظرف أو المحافظ أو الحقائب المصنّعة وفقًا لمبدأ قفص فاراداي.