Как сделать сетку фарадея своими руками

Клетка Фарадея своими руками

Майкл Фарадей был известным английским ученым-экспериментатором, который подарил миру такие гениальные изобретения, как электромагнитная индукция, лежащяя в основе производства электроэнергии, электродвигатель, трансформатор и многие другие устройства, которыми мы пользуемся до сих пор.

Но сегодня мы расскажем об устройстве, которое он изобрел в середине 19 века. Это так называемая клетка Фарадея.

В основу работы прибора положена способность электронов в замкнутой электропроводящей оболочке при попадании в электрическое поле приобретать заряд, который компенсирует воздействие внешних полей. Таким образом, стенки клетки защищают пространство внутри от воздействия внешнего электромагнитного излучения.

Такая клетка Фарадея может защитить даже человека от электрического разряда. Но и в обратном порядке, излучение, образуемое внутри клетки Фарадея, не выйдет наружу, если сделать ее проводящим слоем внутрь. Поэтому мы, например, защищены от воздействия излучения микроволновой печи, когда находимся рядом с ней во время ее работы.

Почему это устройство назвали клеткой?

Потому что первые опыты Фарадей проводил именно с металлической клеткой. Да и сегодня промышленные образцы сделаны и выглядят как металлическая клетка, сделанная из хорошо проводящих электричество материалов. Эффективность и мощность ее зависят от толщины материала, из которого она сделана, и соотношения размера проема к длине волны воздействующего внешнего поля.

Клетка Фарадея — принцип работы

Все гениальное просто! Вот и сам принцип работы этого устройства очень прост – когда клетка Фарадея попадает под воздействие электрического поля, свободные электроны внутри материала, из которого она сделана, начинают двигаться, собираясь вместе определенным образом. В результате этого противоположные стенки клетки получают заряды разноименные, создающие новое поле, имеющее противоположное направление к внешнему. Это новое поле компенсирует воздействие внешнего электромагнитного поля, а значит, внутри клетки электрические шумы или электрическое поле отсутствуют.

Этот метод отражения или экранирования работает только при воздействии электрических полей и переменно магнитных, которые ими же и порождаются. Защитить от статического магнитного поля это приспособление не сможет.

Для чего она нужна?

В основном ее используют в промышленности, чтобы защитить аппаратуру от воздействия нежелательного электромагнитного излучения. Например, при установке медицинских томографов. Очень часто используют в лабораториях, где нужно проводить высокоточные измерения и снизить воздействие электромагнитных шумов. При промышленном использовании обычно привлекают специалистов, которые смогут правильно рассчитать все параметры клетки.

В быту свойства этого изобретения чаще всего советуют использовать для защиты всевозможных электронных устройств (мобильные телефоны, планшеты и т. д.) от повреждения электромагнитным излучением или импульсом (волной). Эта волна может быть вызвана ядерным взрывом или каким-то природным явлением, например, вспышками на солнце.

Некоторые из них даже строят себе дома, которые являются «клетками Фарадея», чтобы полностью защититься от возможного влияния электромагнитных излучений. Пример такого дома вы видите на картинке выше. В жилище его хозяин сможет точно пережить любой катаклизм. Особенно популярна эта тема среди людей, которые боятся всякого рода излучений и их влияния на здоровье, а также среди верящих во всемирную катастрофу и готовящихся к выживанию после нее.

Клетка Фарадея — как сделать из подручных средств?

Наиболее простым вариантом изготовления клетки Фарадея своими руками может стать любой предмет с герметичным корпусом, электропроводящим наружным слоем и не проводящим электричество слоем внутри.

Таким предметом может стать буквально любой предмет домашнего обихода, который можно закрыть. Форма может быть самая разная: коробка, цилиндр, сфера – в общем-то, что угодно. Внутреннюю часть нужно сделать из любого материала, который не проводит электричество: картон, бумага, дерево, пластик и т. д. Поэтому проще всего взять уже готовый металлический предмет и вставить внутрь непроводящий электричество слой или, наоборот, взять предмет из не проводящего электричества слоя и обернуть его внешние части проводящим слоем (например, фольгой). Даже если вы просто обернете свой прибор в фольгу – это уже будет простейшая клетка Фарадея, своими руками сделанная.

Данная клетка Фарадея (фото представлено) сделана из обычного деревянного ящика.

Из обычного мусорного металлического бака, металлического ящика или неэмалированного ведра с крышкой тоже можно сделать клетку Фарадея, просто выложив внутреннюю поверхность картоном.

Вот такой старый ящик для инструментов может стать прекрасной основой для данного прибора.

Может ли клетка иметь отверстия?

Если эти отверстия относительно небольшие по отношению к длине волны, тогда да, она может иметь отверстия. Например, для волны в 1 ГГц длина волны составляет 0,3 м в свободном пространстве, поэтому если в клетке отверстия меньше этого значения, все в порядке! Поэтому так часто строят клетки из сетки.

Что делать с дверью?

Если вы собираетесь построить большую клетку с дверью или зазорами между крышкой и основанием, тогда возможно небольшое проникновение электромагнитного излучения внутрь клетки. Поэтому лучше всего для такого рода конструкций использовать на швах ленту или материал, который проводит электричество и при этом закрывает шов.

Что можно использовать из подручных средств?

Разрешается использовать все, что видите в своем доме, если это сделано из проводящих материалов. Примеров можно привести много:

• металлические мусорные баки;
• ведра;
• ящики;
• коробки;
• корпуса микроволновок и т. д.

Нужно ли заземлять конструкцию?

До сих пор не единого мнения по поводу того, нужно ли заземлять клетку Фарадея или нет.

Но это зависит от многих факторов — размеров, где и для чего она будет использоваться и т. д. Но общие правила таковы: заземлять не нужно маленькие конструкции, а вот для больших это сделать необходимо.

В большой клетке может возникнуть электромагнитное излучение, которое может навредить человеку, если он случайно коснется работающего прибора. Тогда как в маленького размера клетке излучение небольшое.

Поэтому перед тем как продумывать конструкцию, внимательно изучите рекомендации по заземлению.

Как проверить работу клетки Фарадея?

Можно положить внутрь работающий радиоприемник с включенным каким-то сильным FM-каналом. Если после того как закроете клетку вы все еще слышите работу радиоприемника, значит, она недостаточно плотно закрыта.

Или можно положить внутрь мобильный телефон и попробовать позвонить на него. Если телефон будет вне зоны приема, значит, клетка работает хорошо.

Итак, вы знаете теперь, что такое, для чего нужна и как сделать клетку Фарадея своими руками. Покупая готовую клетку или решая сделать ее самостоятельно, убедитесь, что размер соответствует ваши нуждам, и вы сможете поместить в нее все, что хотели. Нужна ли она для проведения научных экспериментов или для защиты электроники от воздействия электромагнитного излучения, не столь важно. Вы всегда можете легко сделать вашу собственную клетку Фарадея из подручных средств.

Источник

Клетка Фарадея

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.

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.

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.

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.

Видео

Источник