Wie man einen Faradayschen Käfig baut

Inhalt

• Faradayscher Käfig
• Tipps
• Faraday-Käfig DIY
• Faraday-Käfig Wifi
• Faradaysche Käfiganwendungen
• Faradaysche Käfigphysik
• Faraday-Käfig-Haus
• Faradayscher Käfig für die Generatorgeschichte

Elektrizität kann gefährlich sein. Wenn Sie jedoch die entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen treffen, können Sie untersuchen, wie Ladungen fließen, wie elektrische Felder auftreten und wie andere Phänomene in der Elektrizität funktionieren.

Seit den Anfängen der Elektrizität in der Physik verwenden Wissenschaftler Geräte, um sich bei Experimenten vor Schäden zu schützen. Dieses Wissen würde Faradaysche Käfige schaffen, um zu verhindern, dass Menschen durch Elektrizität verletzt werden.

Faradayscher Käfig

Tipps

Wenn ein externes elektrisches Feld mit dem Käfig in Kontakt kommt, erzeugt der Käfig dasselbe elektrische Feld, als ob die Ladung im Inneren platziert wäre. Wenn der Käfig geerdet ist, wird die Oberfläche mit überschüssiger Ladung neutralisiert, die zum Boden fließt. Dies verhindert, dass sich auf der anderen Seite des Käfigs eine Spannung bildet, sodass das Feld das Material nicht passiert. Die Ladungen verteilen sich auf der anderen Seite des Materials neu, da elektrostatische Ladungen an der Oberfläche induziert werden.

Faraday-Käfig DIY

Diese Methode zum Bau eines Faradayschen Käfigs erfordert Metallbleche aus Kupfer oder Aluminium, Klebeband, Schere, Karton oder ähnlichem Material und einen Ballon, um zu testen, ob der Käfig funktioniert. Das Material, das am besten funktioniert, ist Aluminium, Kupfer oder Hühnerdraht für einen Faradayschen Hühnerdrahtkäfig. Faradaysche Käfige erfordern viel Kontakt zwischen den Metallkomponenten, sodass ein Netzdesign gut funktionieren kann.

Bilden Sie den Behälter zu einem Faradayschen Schild oder Käfig, indem Sie ihn beispielsweise in eine Schachtel verwandeln, die Sie vor Ihrer Umgebung schützen kann. Wickeln Sie die Folie oder Metallfolie um den Behälter. Stellen Sie sicher, dass der Käfig viel Kontakt zwischen den Metallblechen hat.

Schneiden Sie einen Bildschirm so, dass Sie die Außenseite des Käfigs von innen sehen können. Stellen Sie sicher, dass die Löcher kleiner sind als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung, die Sie am Eindringen hindern möchten.

Einige allgemeine Anweisungen sind:

Faraday-Käfig Wifi

Versuchen Sie es mit Ihrem Handy im Käfig. Empfängt oder sendet es die WLAN-Signale? Sie sollten immer noch eine geringere Menge an WLAN erhalten, da Faraday-Käfige die Frequenz von Mobiltelefonen dämpfen können, diese jedoch nicht vollständig stoppen.

Funkwellen, die Mobiltelefone verwenden, haben Frequenzen, die klein genug sind, um durch kleine Löcher im Käfig zu lecken, sodass Sie kleine Lücken im Faradayschen Käfig löten oder schweißen müssten, um dagegen zu wirken.

Faradaysche Käfiganwendungen

Chemiker verwenden Faradaysche Käfige, um Lärm von externen Quellen zu reduzieren und gleichzeitig präzise Messungen durchzuführen. Forscher der digitalen Forensik verwenden Faraday-Taschen, Faraday-Käfige aus flexiblem Metallgewebe, um das Wischen per Fernzugriff und die Veränderung von Beweismitteln zu verhindern.

Faradaysche Käfige bieten Sicherheit für Computer, um Aktionen wie das Ausspähen zu verhindern. Autos und Flugzeuge fungieren im Wesentlichen als Faraday-Käfige, indem sie verhindern, dass Passagiere mit schädlichen elektrischen Ladungen in Kontakt kommen.

Faradaysche Käfige werden auch verwendet, um zu verhindern, dass Funksender andere Geräte stören, und um Personen und Gegenstände vor Blitzeinschlägen und -entladungen zu schützen. Haushaltsgeräte benutzen sie auch. Mikrowellen verfügen über Abschirmungen, die verhindern, dass Wellen aus dem Innenraum austreten, während Fernsehkabel externe elektromagnetische Störungen reduzieren und Bilder erzeugen.

Die unterschiedliche Leitfähigkeit von Metallen kann beeinflussen, wie Faraday-Käfige das Eindringen elektrischer Felder verhindern. Kupfer ist das effektivste Material, das in MRT-Einrichtungen und Computergeräten von Krankenhäusern verwendet wird und das für noch spezifischere Zwecke zu Messing- und Phosphorbronzelegierungen verarbeitet werden kann.

Aluminium ist auch ein gutes Material, da es für sein Gewicht stark ist und eine hohe Leitfähigkeit aufweist, aber mit der Zeit rosten kann und nicht gut gelötet wird. Weitere Merkmale bei der Konstruktion von Faradayschen Käfigen sind der Preis, die Korrosion, die Dicke, die Formbarkeit, die blockierten Frequenzen und die Art und Weise, wie die Materialien selbst zu einem Käfig geformt werden können.

Faradaysche Käfigphysik

••• Syed Hussain Ather

Faradaysche Käfige schützen ihr Inneres vor elektrischen Feldern, einem Kraftfeld, das geladene Teilchen wie Protonen oder Elektronen umgibt. Das Coulomb-Gesetz kann verwendet werden, um die elektrische Kraft zu beschreiben E wie E = e₁ e₂/ 4πε₀r² in welcher _r ist der Radius zwischen geladenen Teilchen, ε₀ ist eine konstante Zahl der Vakuumdurchlässigkeit von 8,854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ und _e₁ e₂ sind die Ladungen der Teilchen.

Innerhalb des Käfigs kann jede Elektrizität, die mit der Außenfläche in Kontakt kommt, mit dieser Formel gemessen werden. Das Netzfeld innerhalb des Käfigs bleibt Null und schützt alles, was sich innerhalb des Käfigs befindet.

Die Ladungen in einem Leiter, wie z. B. dem leitenden Material eines Faradayschen Käfigs, sollten so weit wie möglich voneinander entfernt sein, damit die Ladung an der Oberfläche verbleibt. Dies hält das elektrische Feld innerhalb von Null. Wenn Sie ein positiv geladenes Objekt aus dem Käfig herausbringen, sammeln sich die Elektronen auf der inneren Oberfläche um den Käfig herum an, um ihn aufzulösen.

Faraday-Käfig-Haus

Wenn Sie sich vorstellen, in einem Faradayschen Käfig zu leben, könnten Sie verschiedene Materialien verwenden, um sich vor elektromagnetischen Störungen zu schützen.

Kupfer ist das zuverlässigste Element für die Magnetresonanztomographie (MRT) in der Medizin, um Menschen vor den Folgen elektromagnetischer Strahlung zu schützen. Es ist auch einfach, Legierungen wie Messing, Phosphorbronze und Berylliumkupfer mit anderen Elementen zu kombinieren, die höhere Leitfähigkeitswerte aufweisen.

Vorverzinnter Stahl ist ein kostengünstiges Material, das den Eintritt niedriger Frequenzen verhindert. Kohlenstoffstahl ist eine weitere ideale Wahl, die Frequenzen blockieren kann, die andere Legierungen und Elemente verfehlen. Diese Materialien sind häufig mit einer Verzinnung versehen, um Korrosion zu vermeiden.

Kupferlegierungen sind dafür bekannt, dass sie Korrosion widerstehen können. Aluminium ist eine weitere ideale Wahl, die, obwohl Sie ihre galvanischen Korrosions- und Oxidationseigenschaften untersuchen müssen, aufgrund ihres guten Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht und ihrer hohen Leitfähigkeit für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist.

Faradayscher Käfig für die Generatorgeschichte

••• Syed Hussain Ather

Im Jahr 1836 beobachtete der Physiker Michael Faraday, dass ein geladener Leiter überschüssige Ladung im Material selbst speichern würde, nicht in dem Hohlraum, den der Leiter einschließt. Er beschichtete einen Raum mit Metallfolie. Mit einem elektrostatischen Generator im Freien stellte er fest, dass sich laut seinem Elektroskop, einem Gerät zur Messung der elektrischen Ladung, keine Ladung im Inneren befand. Damit baute er einen Faradayschen Käfig für diesen Generator.

Sieben Jahre später demonstrierte Faraday, dass die Ladung auf der Oberfläche eines Leiters für metallische Oberflächen verbleibt. Mit einem Metalleimer mit Eis zeigte er, dass die elektrische Ladung in einer Hülle eines Leiters eine Ladung auf der inneren Oberfläche der Hülle erzeugt. Die Ladung hatte keinen Einfluss auf das Innenvolumen der Hülle. Mit einem Elektroskop zur Messung elektrischer Ladungen wurde sein Experiment zum ersten quantitativen Experiment zur elektrischen Ladung.