Щит фарадея: Клетка Фарадея. Работа и применение. История и особенности

Содержание

Клетка Фарадея. Работа и применение. История и особенности

Клетка Фарадея или «щит Фарадея» — это замкнутое пространство для предотвращения прохождения электромагнитных полей. Клетка изготавливается из токопроводящего сплошного материала или токопроводящей сетки, обычно ее еще и заземляют. Названа она так по имени английского ученого Майкла Фарадея, изобретшего ее в 1836 году.

История открытия

В 1836 году Фарадей заметил, что избыточный заряд на заряженном проводнике локализуется лишь на его внешней стороне и не оказывает никакого влияния на предметы внутри. Для демонстрации этого факта он оборудовал комнату, покрытую металлической пленкой, и подавал на внешнюю сторону комнаты высоковольтный заряд от электростатического генератора.

Для доказательства отсутствия электрических зарядов на внутренних сторонах стен комнаты Фарадей использовал электроскоп. Электроскоп внутри комнаты, либо при подсоединении его к внутренней поверхности, фиксировал отсутствие заряда, в то время как у электроскопа, подсоединенного к наружной поверхности, листочки расходились.

Для демонстрации эффекта выталкивания поля в клетку помещались небольшие животные. При подведении к ней мощного электрического заряда от электростатического генератора, заряд не причинял животным никакого вреда, поскольку стекал по ее поверхности.

Хотя проявление этого эффекта было приписано знаменитому эксперименту с цилиндром Фарадея (или «ведерком со льдом»), проведенном Майклом Фарадеем в 1843 году, наблюдал феномен еще в 1755 году американский ученый Бенджамин Франклин. Опыт заключался в том, что Франклин опускал подвешенный на шелковой нити незаряженный пробковый шарик через отверстие в заряженную металлическую банку. По его словам, «пробка не притягивалась к внутренним стенкам банки, как она притягивалась к наружным. Хотя пробка была опущена до дна банки, по вытаскиванию из нее она оказалась незаряженной вследствие касания, что наблюдалось, когда пробка касалась наружной стороны банки». Этот эффект также был открыт задолго до Фарадея итальянским физиком Джованни Батиста Беккариа.

Принцип действия

Принцип действия клетки заключается в том, что внешнее электрическое поле приводит к перераспределению свободных электронов в токопроводящем материале клетки таким образом, что противоположные стороны клетки заряжаются. Их поле компенсирует внешнее поле, и внутри поле отсутствует. Этот принцип лучше всего понимается, если клетку представить идеальным полым проводником. Перераспределение зарядов вызывает в проводнике электрический ток, который прекращается, когда внешнее электрическое поле компенсируется.

Экранирующее действие замкнутых металлических оболочек было теоретически предсказано в 1813 году французским математиком и физиком Симеоном Дени Пуассоном. Позднее, в 1828 году, английским математиком и физиком Джорджем Грином. Предсказание ученых основывалось на том, что внутри замкнутой металлической оболочки электрический потенциал постоянен, следовательно, напряженность электрического поля равна нулю, что и является доказательством ее экранирующих свойств.

Клетка Фарадея не в состоянии оградить внутреннее пространство от постоянного либо медленно меняющегося магнитного поля, например, поля земного магнетизма (компас внутри клетки продолжает правильно показывать на Север). Но, поскольку переменное магнитное поле создается переменным электрическим полем, а переменное электрическое поле в клетку не проникает, то не проникает в нее и переменное магнитное поле. Следовательно, клетка защищает находящиеся в ней объекты (и человека) от действия электромагнитных волн. Для экранирования высокочастотного излучения размер ячейки клетки должен быть меньше длины волны излучения.

Эффективность экранирования статического электрического поля зависит от формы токопроводящего материала. В случае изменяющегося электрического поля, и при наличии сопутствующего изменяющегося магнитного поля, чем быстрее эти изменения (т.е. чем выше частота), тем лучше материал сопротивляется проникновению поля. С другой стороны, с повышением частоты поле лучше проникает через сетку с заданным размером ячеек. В этом случае экранирование зависит от электрической проводимости материала клетки, а также его толщины.

Если заряд помещается внутри незаземленной клетки, ее внутренняя поверхность заряжается (аналогично описанному выше процессу с внешним зарядом). Клетка Фарадея блокирует исходящие из нее электромагнитные волны в меньшей степени, чем входящие, и, таким образом, прибор слежения, или «маячок», особенно работающий на высокой частоте, может «пробить» поверхность клетки, работая изнутри.

Лифты и прочие помещения с металлическими проводящими каркасами и стенками могут приводить к пропаже сигнала и появлению «мертвых зон» для пользователей сотовых телефонов, раций, и прочих электронных устройств, принимающих внешние радиосигналы.

Для экранирования излучения работающего внутри микроволновой печи магнетрона с длиной волны порядка 12 см корпус печи выполнен из сплошного металла (нержавеющей стали). Прозрачное окно дверки представляет собой пакет из стеклянных или пластмассовых пластин с обязательным металлическим перфорированным листом между ними. Диаметр отверстий в листе не выше 1-3 мм, что полностью исключает выход излучения из микроволновой печи. Отсутствие просачивания излучения через щель между дверкой и камерой обеспечивается особой конструкцией щели с размерами, подобранными под длину волны излучения.

Ошибкой будет считать, что клетка Фарадея обеспечивает полное блокирование радиосигнала или его подавление. Степень ослабления клеткой излучаемого или принимаемого, радио- или телевизионного сигнала зависит от формы электромагнитной волны, ее частоты и расстояния до приемника/передатчика. Также их чувствительности и излучаемой мощности. Клетка с ограждением из прочного стального листа обеспечивает лучшее подавление, чем выполненная из сетки.

Применение
Ниже приведен ряд примеров использования клетки и схожих устройств для защиты людей и оборудования.
  • Клетка защищает людей и оборудование от электрических токов, возникающих при ударе молнии и электростатических разрядах, поскольку клетка обводит токи за пределами защищенного пространства, без ответвления их внутрь.
  • Салоны автомобилей и самолетов также являются клетками, предохраняющими пассажиров от электрических разрядов молний.
  • На производствах, связанных с наличием опасного электромагнитного излучения, целые цеха и комнаты заключены в клетки Фарадея. Это сберегает людям здоровье и предотвращает ряд заболеваний.
  • Специально разработанные электропроводящие костюмы для монтажников высоковольтных линий электропередач позволяют работать на линиях без риска получения электротравм от статического заряда. Подобные костюмы предотвращают прохождение электрического тока через тело человека, и теоретически защищают от любого напряжения. Электрики-высоковольтники в таких костюмах успешно работали на уникальной высоковольтной линии электропередачи Экибастуз-Кокшетау в Казахстане напряжением 1150 кВ.
  • Клетка Фарадея используется для ограждения генераторов радиоизлучений (радиопередатчиков) и защиты прочих находящихся вблизи электронных устройств.
  • Помещение для магниторезонансной томографии представляет собой клетку Фарадея, и исключено искажение снимаемых с пациента данных внешними радиопомехами, что нарушило бы получаемое томографическое изображение.
  • В аналитической химии клетка Фарадея применяется для снижения уровня помех при проведении точных измерений.
  • По стандартам США и НАТО, и аналогичным стандартам других стран, клетка применяется для предотвращения утечек информации из компьютеров.
  • Клетка Фарадея в виде сумки или чехла используется для предотвращения стирания и изменения с преступными намерениями цифровых данных на электронных носителях.
  • Экранирующие оболочки USB-кабеля или телевизионного коаксиального кабеля защищают внутренние проводники от воздействия внешних помех и предотвращают утечку полезного высокочастотного сигнала.
  • Сумка магазинного вора (пластиковый пакет, выложенный изнутри алюминиевой пленкой), действует как клетка Фарадея и используется магазинными ворами для кражи товаров, снабженных радиометками.

Из этих примеров видно, что предсказанное свыше 200 лет назад явление, широко популяризированное Майклом Фарадеем. Повсеместно используется в науке, технике, и даже взято на вооружение криминальным миром, при этом успело обрасти множеством мифов. Один из мифов, отраженный в фильме об информаторе Сноудене, заключается в том, что микроволновая печь полностью блокирует излучение мобильного телефона. Это не так, частота передачи данных стандарта мобильной связи GSM отличается от частоты магнетрона микроволновки, и щель между корпусом и дверкой становится прозрачной для сигнала сотовой связи. Т.е. микроволновая печь не является клеткой Фарадея в полном смысле этого понятия – в настоящей клетке никаких щелей быть не должно. По этой же причине не блокирует помещенный внутрь мобильный телефон камера холодильника.

Похожие темы:

Глоссарий по экранированию

Акустическая частота (звуковая, низкая) — AF — Audio Frequency — диапазон частот, воспринимаемый человеческим ухом, обычно его принимают равным 15-20000 Герц. По телефонным линиям передаются только частоты в диапазоне от 300 до 3000 Гц.

Безэховая камера (комната) — Anechoic Chambers (rooms) — замкнутый электромагнитный экран, внутренние поверхности которого полностью или частично покрыты радиопоглощающими материалами.

Бериллиевая бронзаBeCu — Beryllium Copper — наиболее прочный сплав на медной основе. По своей твердости и упругим свойствам при обычной температуре она превосходит высококачественные стали. Применяется для мембран, пружин, пружинящих контактов, деталей, работающих на износ, в электронной технике.

Биконическая антеннаBiconical Antenna — широкополосная дипольная антенна для измерения и производства электрического поля на частотах от 30 МГц до 300 МГц.

Вносимые потериInsertion Loss – Потери сигнала, обусловленные помещением между передатчиком и приемником компонент, линии, или канала (часто называют затуханием).

Воздушные фильтры, экранированныеAir Filters, Shielded — Используются для вентиляции экранированных комнат и кабинетов для удаления пыли и прочих загрязнений воздуха взвешенными частицами. Фильтры также обеспечивают должную эффективность экранирования радиочастот в нужном диапазоне.

Восприимчивость к излучениюRadiated Susceptibility — нежелательные электромагнитные помехи на оборудование со стороны электромагнитных источников.

Дважды экранированные корпусаDouble-Shielded Enclosure — разновидности экранированной комнаты или шкафа, в которых внутренняя стена изолирована от внешней стены.

Децибел – dB — Decibel — десятая часть бела, безразмерной единицы для измерения отношения некоторых величин (например, энергетических — мощности и энергии или силовых — напряжения и силы тока) по логарифмической шкале.

Другими словами, децибел — это некая относительная величина. Не абсолютная физическая, как например, грамм или метр, а такая же относительная, как кратность или проценты, предназначенная для измерения отношения («разности уровней») других величин, обычно сигналов. Сегодня децибел в основном применяется в акустике (где в децибелах измеряется громкость звука) и электронике.

Дипольная антенна

Dipole Antenna — Приемная или передающая антенна, состоящая из прямолинейного металлического проводника длиной в половину или меньше половины длины волны. Применяется для коротких волн, в частности в телевидении и радиолокации, вследствие своей направленности.

Закон ОмаOhm’s Law — математическая зависимость между током (I), напряжением (U) и сопротивлением (R), где U = I x R.

ЗатуханиеAttenuation — отношение мощности сигнала на выходе передатчика к мощности сигнала на входе приемника, выраженное в децибелах (дБ).

Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике — IEEE ( Institute of Electrical and Electronics Engineers)  — международная некоммерческая ассоциация специалистов в области техники, мировой лидер в области разработки стандартов по радиоэлектронике и электротехнике.

Клетка Фарадея (щит Фарадея)Faraday Shield — устройство, изобретённое английским физиком и химиком Майклом Фарадеем в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой заземлённую клетку, выполненную из хорошо проводящего материала. Для того, чтобы клетка Фарадея эффективно работала, размер ячейки сетки должен быть значительно меньше длины волны излучения, защиту от которого требуется обеспечить. Принцип действия устройства основан на перераспределении электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля.

Магнитная ПроницаемостьPermeability — физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией В и магнитным полем Н в веществе.

Метод моментовMethod of Moments — уравнения для численного вычисления электромагнитных полей.

Паразитная емкостьParasitic Capacitance — нежелательная ёмкостная связь, возникающая между проводниками или элементами электронных схем.

Помеха общего типа («провод – земля», синфазная) Common Mode — составляющая помехи, напряжение которой приложено между любым проводником рассматриваемой цепи и ближайшей заземленной конструкцией (включая заземленный металлический корпус аппаратуры), не относящейся к токоведущим частям.


Проводящий Эластомер
Conductive Elastomer — эластомер, содержащий металлический порошок для достижения определенной эффективности экранирования.

Пружины контактные металлические — Finger Stock — Металлические контактные дорожки изготовлены из тонкой упругой металлической ленты, формованной специальным образом (бериллиевая или фосфористая бронза или нержавеющая сталь). В зависимости от применения на контакты может быть гальванически нанесен никель, олово или золото. Изготавливаются с липким основанием, с клипсовыми зажимами или отверстиями под винт. Имеют большой коэффициент подавления (не менее 90 дБ на частотах от 1 до 1000 МГц). Предназначены для установки в местах расстыковки частей аппаратуры, конструктивных элементов, таких как экранированные двери и окна.

Радио частотаRadio Frequency — показывает количество колебаний радиоволн в секунду и измеряется в Герцах (1 Килогерц=1000 Герц, 1 Мегагерц=1 млн. Герц, 1 Гигагерц=1 млрд. Герц и т.д.). Нижняя граница спектра частот радиоволн порядка 1 кГц, верхняя — порядка 3000 Ггц.

Современные широкополосные приемники способны принимать радиосигналы в широком диапазоне частот, но обычно не более 3 Ггц.

Радиочастотные помехи Radio Frequency Interference (RFI) — электромагнитные излучения, воздействующие на цепи радиоприёмника, электрические процессы в самих цепях, которые препятствуют правильному приёму сигнала и не связаны с этим сигналом посредством известной функциональной зависимости, а также искажения сигнала при распространении радиоволн. Действие помех проявляется в случайных (непредсказуемых) искажениях формы принимаемого сигнала, приводящих к посторонним звукам (шуму) в громкоговорителе, опечаткам при приёме текста телеграмм, искажениям формы изображения на экране кинескопа и т.д. Помехи — основная причина, ограничивающая качество воспроизведения радиоприёмником формы передаваемого сигнала при фиксированных мощности радиопередатчика и расстоянии до него или ограничивающая дальность передачи сигналов при заданном качестве их воспроизведения.

В большинстве случаев П. р. можно рассматривать как независимые случайные процессы с различными вероятностными свойствами; они, как правило, отличны от свойств сигнала. Для уменьшения действия помех пользуются различными способами их подавления.
 

Рамочная антеннаLoop Antenna — Рамочная антенна, направленная антенна, выполненная в виде одного или нескольких плоских витков провода, образующих рамку круглой, квадратной или прямоугольной формы.

Рупорная антеннаHorn Antenna — Рупорная антенна представляет собой участок волновода переменного (расширяющегося) сечения с открытым излучающим концом. Как правило, рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединенным к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные,  H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.

Сотовые фильтры EMC — Honeycomb, EMC Airflow — воздушный фильтр, клетки которого имеют гексагональную (сотовую) конфигурацию, которая позволяет эффективно блокировать утечку электромагнитного излучения.

Ферриты, EMIFerrites, EMI — химические соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов, обладающие уникальными магнитными (ферримагнетики) свойствами, сочетающие высокую намагниченность и полупроводниковые или диэлектрические свойства. Ферриты используют в качестве магнитных материалов в радиотехнике, электронике, автоматике, вычислительной технике (ферритовые поглотители электромагнитных волн, антенны, сердечники, элементы памяти, постоянные магниты и т. д.).

Фильтры электромагнитных помехEMI Filter — Предназначены для подавления побочных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН) в цепях электропитания, сигнализации, контроля, а также организации ввода этих цепей в защищаемые и экранированные сооружения, помещения, камеры, контейнеры.

ФильтрRFI/EMI Filters — Электрическое устройство, в котором из спектра поданных на его вход электрических колебаний выделяются (пропускаются на выход) составляющие, расположенные в заданной области частот, и не пропускаются все остальные составляющие. Фильтры используются в системах многоканальной связи, радиоустройствах, устройствах автоматики, телемеханики, радиоизмерительной техники и т. д. — везде, где передаются электрические сигналы при наличии других (мешающих) сигналов и шумов, отличающихся от первых по частотному составу. Область частот, в которой лежат составляющие, пропускаемые (задерживаемые) фильтром, называют полосой пропускания (полосой задерживания). По принципу действия фильтры делятся на полосовые и режекторные.

Широкополосная антеннаBroadband antenna — антенна, основные параметры и характеристики которой незначительно изменяются в достаточно широкой полосе частот. Применяется для передачи или (и) приёма радиосигналов с широким спектром частот, например в телевидении, радиолокации, радиоастрономии.

Электромагнитное экранирование (электрическая изоляция)Shielding (Electrical Shielding) -процесс предотвращения излучения электромагнитной энергии в пределах определенного пространства, достигаемый путем преграждения распространения ее всеми возможными способами.

Экранированные отверстияShielding Vents — Используются для предотвращения эмиссии электромагнитного поля через вентиляционные каналы помещений, шкафов или корпусов электроприборов.

Экранирующие тканиShielding Fabrics – полотно, сотканное из нити покрытой медно-никелевым сплавом. Применяется для защитных настенных экранов, штор и жалюзи, исключающих проникновение радиочастотного сигнала из защищаемого помещения.

Экранирующие пленки и листыShielding Foils and Sheets – токопроводящая лента, которая состоит из алюминиевой, медно-никелевой фольги или токопроводящей полимерной ткани, на которой нанесен слой токопроводящего или диэлектрического липкого слоя.

Экранированная комнатаShielded Room — помещение или самостоятельное сооружение, выполненное на основе проектного задания, в котором должны быть решены такие вопросы как:

  • установлена необходимая эффективность в заданном диапазоне частот;
  • выбраны материалы для экрана, размеры его, количество и тип дверных и оконных проемов;
  • выбран вариант размещения аппаратуры, обеспечивающий минимальные уровни помех и простоту фильтрации помехонесущих сетей;
  • определена конструкция основных узлов: способы соединения листов экрана, крепление его к стенам, полу, потолку, устройство контактных систем, способы экранирования вентиляционных систем и вводов различных коммуникаций;
  • установлены типы и количество кабелей, вводимых в экран, выбраны типы фильтров и места их установки, выполнены схемы разводки электросетей;
  • выбраны способы прокладки и ввода нефильтруемых кабелей высокой частоты и кабелей, несущих несинусоидальные токи или напряжения.

Экранированные окнаShielded Windows – окна, защищенные тонкой проводящей пленкой или проволочной сеткой.

Экранирующая прокладка
Shielding Gasket – изделие, которое поддерживает эффективность экранирования через шов или разрыв в электронном корпусе; прокладка предназначена для защиты от воздействия высокочастотных радиопомех при их установке в аппаратуру с конструктивными элементами, чувствительным к паразитным наводкам. Имеет различный профиль.

Экранированные кабелиShielded Cables — Кабель (провод), в котором все или часть основных жил (групп) экранированные или имеется общий экран.

Электрическая (токопроводящая прокладка)Electrical Gaskets Gaskets EMC — Экранирующая прокладка ЭМС предназначена для защиты от воздействия высокочастотных радиопомех при их установке в аппаратуру с конструктивными элементами, чувствительным к паразитным наводкам.

Электромагнитная помеха (ЭМП)EMI — Electromagnetic Interference -нежелательное физическое явление или воздействие электрических, магнитных или электромагнитных полей, электрических токов или напряжений внешнего или внутреннего источника, которое нарушает нормальную работу технических средств, или вызывает ухудшение технических характеристик и параметров этих средств.

Электромагнитная совместимость (ЭМС)Electromagnetic Compatibility — способность радиоэлектронных средств одновременно функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных радиопомех и не создавать недопустимых радиопомех другим радиоэлектронным средствам.

Электромагнитное излучение Radiated Emission (RE) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей.

Электромагнитный спектрElectromagnetic Spectrum — ряд форм электромагнитного излучения, расположенных по порядку величин их частот, или длин волн. В начале спектра расположены низкочастотные (с большой длиной волны) радиоволны, затем идут микроволны, инфракрасные (тепловые) волны, свет (видимый спектр), ультрафиолетовые волны, затем рентгеновские лучи и высокочастотные гамма-лучи.

Эмиссия, EMIEmission, EMI — непреднамеренный или нежелательный выход потенциально опасной электромагнитной энергии от электрических / электронных источников.

Эффективность экранированияShielding Effectiveness — отношение напряжений, токов, напряженностей электрического и магнитного полей в экранируемом пространстве или на конце фильтруемого провода при отсутствии и наличии экрана: Э = U/U’ = I/I’ = E/E’ = H/H’.

Клетка Фарадея — это.

.. Что такое Клетка Фарадея? Принцип работы клетки Фарадея

Кле́тка Фараде́я (или «щит Фарадея», англ. Faraday Shield) — устройство, изобретённое английским физиком и химиком Майклом Фарадеем в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой заземлённую клетку, выполненную из хорошо проводящего материала.

Принцип работы клетки Фарадея очень простой — при попадании замкнутой электропроводящей оболочки в электрическое поле свободные электроны оболочки начинают двигаться под воздействием этого поля. В результате противоположные стороны клетки приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее поле.

Клетка Фарадея защищает только от электрического поля. Статическое магнитное поле будет проникать внутрь. Изменяющееся электрическое поле создаёт изменяющееся магнитное, которое, в свою очередь, порождает изменяющееся электрическое. Поэтому если с помощью клетки Фарадея блокируется изменяющееся электрическое поле, то изменяющееся магнитное поле генерироваться также не будет.

Высоковольтный трансформатор, помещённый в клетку Фарадея

Однако в области высоких частот действие такого экрана основано на отражении электромагнитных волн от поверхности экрана и затухании высокочастотной энергии в его толще вследствие тепловых потерь на вихревые токи.

Вход в комнату Фарадея

Способность клетки Фарадея экранировать электромагнитное излучение определяется:

  1. толщиной материала, из которого она изготовлена;
  2. глубиной поверхностного эффекта;
  3. соотношением размеров проёмов в ней с длиной волны внешнего излучения.

Для экранировки кабеля необходимо создать клетку Фарадея с хорошо проводящей поверхностью по всей длине экранируемых проводников. Для того чтобы клетка Фарадея эффективно работала, размер ячейки сетки должен быть значительно меньше длины волны излучения, защиту от которого требуется обеспечить. Принцип действия устройства основан на перераспределении электронов в проводнике под воздействием электромагнитного поля.

Ссылки

Что такое щит Фарадея?

Иногда называемый клеткой Фарадея, щит Фарадея представляет собой металлическое устройство, предназначенное для блокировки и фокусировки электрических полей. Щит Фарадея, часто сконструированный в виде листа металла, используется в различных областях, от телекоммуникаций до медицинского оборудования.

Концепция щита Фарадея была впервые разработана Майклом Фарадеем, физиком, который особенно заинтересован в управлении электрическими полями. Начиная с 1836 года Фарадей строил и объяснял функции щитов Фарадея. Самые ранние из этих клеток или щитов Фарадея имели форму металлического корпуса, часто с использованием металлической сетки для создания замкнутого пространства для передачи тока или волн. Фарадей рассматривал щит как способ предотвращения деления и воздействия различных электромагнитных волн друг на друга. Щит Фарадея позволил бы эксплуатировать несколько единиц техники в непосредственной близости друг от друга, без возникновения электрических помех.

В современной конструкции экран Фарадея представляет собой набор параллельных проводов, которые присоединены к общему проводнику на одном конце. Проводник заземлен и помогает сформировать корпус, который помогает сфокусировать электростатическое поле. В то же время, устройство помогает предотвратить помехи от других электрических волн, мешающих потоку энергии внутри корпуса.

Со временем приложения для щита Фарадея были разработаны для ряда отраслей. Концепция щита произвела революцию в концепции электропроводки зданий для электроснабжения, обеспечивая безопасную эксплуатацию нескольких приборов одновременно. Связь является одним из примеров отрасли, которая рано получила выгоду от щита Фарадея. В выключателях передачи и башнях были установлены экраны для предотвращения рассеивания и воздействия радиоволн на другое оборудование. Щит Фарадея продолжал расширять свое присутствие с появлением телевидения и по-прежнему играет важную роль в таких современных технологиях, как беспроводная связь и компьютерные сети.

Медицинская профессия также использует щит Фарадея. Одним из наиболее распространенных применений является оборудование МРТ. Экраны используются во многих кабинетах МРТ, чтобы предотвратить попадание посторонних радиоволн в помещение и повлиять на процесс визуализации. Это позволяет оборудованию обеспечивать четкое изображение, которое может привести к более точной диагностике и лечению.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

Клетка Фарадея, РЧ-кабина

Клетка Фарадея (радиочастотная кабина, РЧ-кабина) – представляет собой заземлённый экранированный кабинет для обеспечения защиты МРТ от внешних радиочастотных помех. Изготавливается из немагнитного материала, обладающего хорошей проводимостью.

Можно встретить различные названия этого изделия: щит Фарадея, РЧ-бокс, РЧ-комната, экранированная комната, Faraday Cage.

Задача радиочастотной кабины – не пропустить электромагнитные сигналы и помехи от внешних источников в комнату сканирования и обеспечить высокое качество сканирования магнитно-резонансным томографом.

В настоящее время внешнее воздействие помех имеет тенденцию к возрастанию. Насколько качественно будет решена задача помехозащищенности по отношению к внешним и внутренним помехам, зависит надежность и достоверность работы МРТ.

Важно, чтоб радиочастотная кабина была выполнена на основе проектного задания, в котором должны быть решены такие вопросы:

  • Установлена необходимая эффективность в заданном диапазоне частот.
  • Выбраны материалы для экрана, его размеры, количество и тип дверных и оконных проемов.
  • Выбраны РЧ-окно и РЧ-дверь с соответствующими параметрами.
  • Выбран вариант размещения аппаратуры, обеспечивающий минимальные уровни помех и простоту фильтрации помехонесущих сетей.
  • Определена конструкция основных узлов: способы соединения листов экрана, крепление его к стенам, полу и потолку; способы экранирования вентиляционных систем и вводов различных коммуникаций.
  • Установлены типы и количество кабелей, вводимых в экран. Выбраны типы фильтров и места их установки, выполнены схемы разводки электросетей.
  • Выбраны способы прокладки и ввода нефильтруемых кабелей высокой частоты, и кабелей, несущих несинусоидальные токи или напряжения.

Проектирование РЧ-кабины осуществляется индивидуально в зависимости от плана помещения, в котором будет установлен МРТ. Для изготовления клетки Фарадея сервисная служба RadioMed использует каркас из деревянных брусьев, алюминиевую или медную обшивку в зависимости от пожеланий клиента и окружающего уровня электромагнитных полей.

Важный аспект обеспечения высокого качества изготовления – отсутствие щелей и отверстий в местах стыкования материала после окончания монтажа.

Мы гарантируем качество изготовления и монтажа клетки Фарадея при отличном балансе цены и эксплуатационных характеристик.

 

Работает ли каминный экран как щит Фарадея?

Я никогда не думал об этом раньше, так как недавно получил дом с дымоходом. И я заметил, что простой металлический каминный экран (который сделан как металлическая решетка / решетка) экранирует действительно значительную часть тепла. При этом не жарко.

Мне интересно, это потому, что он работает как экран Фарадея и экранирует таким образом тепловое излучение, которое по сути является электромагнитным излучением, или я совершенно не прав?

UPD : помимо простого измерения температуры в комнате, я провел некоторый эксперимент: я измерил нагрев черного круга на бумаге, подвешенной на одинаковом расстоянии от камина с экраном и без (конечно, было две похожие бумаги, но не одинаковые). один). Я измерил нагрев с помощью инфракрасного термометра. Он показал мне, что при нагреве экрана было всего 1 градус Цельсия на 2 минуты, а без экрана — почти 3,5. Это из-за поглощения / отражения?

user145394

Длина волны инфракрасного излучения слишком мала, чтобы экран работал в качестве экрана Фарадея. Вместо этого отдельные провода отбрасывают тени. Однако общий охват не кажется слишком большим, поэтому я не ожидаю, что будет поглощено / отражено намного больше 10%. Решетка, однако, обеспечит конвекционный барьер для горячего воздуха.

Итак, у вас есть слой горячего воздуха и слой холодного воздуха, начиная с сетки. Переход к более плотной среде вызывает некоторое отражение на границе.

По той же причине можно поставить радиаторы под окнами с одним стеклом: наложение движущегося слоя теплого воздуха перед сравнительно статичным холодным воздухом на стекле отражает тепло обратно в комнату.

JMLCarter

Фотоны от огня не являются когерентными, и их электронное поле не дает информации — переходы электронного поля находятся вокруг длины волны излучения черного тела от огня — около 50 μ μ м в зависимости от температуры. Будет смещение электронов, но величина намного меньше и менее когерентна, чем обычно описывается в отношении щита Фарадея. Микроволны и радиоволны имеют гораздо большую длину волны, по крайней мере, 1 мм.

Три средства передачи тепла; проводимость, конвекция и излучение. Ваш камин использует все три до некоторой степени. Цвет влияет на поглощение излучения, черный поглощает больше всего.

Изготовление клетки (решетки) Фарадея своими руками в домашних условиях

В 1836 году легендарным английским учёным Фарадеем было изобретена установка для экранирования пространства от воздействия внешних электромагнитных полей. Изобретение получило название «Клетка или щит Фарадея». На английском языке это пишется как «FARADAY SHIELD».

Цеховое сооружение в виде клетки Фарадея

Принцип действия

Клетка Фарадея (КФ) представляет собой защитное сооружение, ограждающие плоскости которого сделаны в виде решёток из металлических стержней высокой электропроводности с заземлением. Принцип работы установки довольно прост.

Когда электрическое поле «соприкасается» с поверхностью решётки, электроны металлических стержней начинают активное движение. Противоположные поверхности конструкции заряжаются таким образом, что вместе они противостоят проникновению внешних электрических полей.

Что касается магнитного поля, то по причине своего переменного свойства оно просто не успевает проникнуть сквозь металлическую сетку. Всё, что находится в клетке Фарадея, надёжно защищено от воздействия внешнего электрического поля и электромагнитных волн. Плоскости, ограждающие пространство из металлических сеток, называют экранами.

Самый простой пример, где используется эффект Фарадея, – это микроволновая печь. Атрибут кухонного оборудования можно встретить практически в каждом жилище. Передняя прозрачная панель покрыта металлизированной решёткой, остальной металлический корпус печи дополняет конструкцию КФ. Решётка экранирует, как исходящее излучение телефона, так и не пропускает внешние электромагнитные волны. В результате аппарат оказывается вне зоны действия связи.

Сферы применения эффекта КФ

Свойства экранизированного пространства с успехом используют в различных сферах человеческой деятельности. Это могут быть отдельные помещения, небольшие ёмкости и даже рабочая одежда.

РЧ-кабина

Радиочастотная кабина представляет собой экранированное помещение. Под покрытием стен, потолка и пола заложены решётки, сделанные из немагнитных металлов, имеющих высокую проводимость. Конструкции могут принимать различные объёмы и конфигурации – это РЧ-комнаты, кабинеты и боксы.

МРТ помещения

Таким образом, обустраивают кабинеты МРТ (помещения с аппаратурой для проведения магнитно-резонансной томографии). Клетка Фарадея обязательно должна иметь заземление.

Назначение ограждений помещения состоит в том, чтобы не пропускать внутрь электромагнитные помехи от внешних источников излучения. Этим добиваются высококачественных результатов магнитно-резонансной томографии без каких-либо искажений.

Экранированный кабинет МРТ

Для обеспечения полноценной работы в РЧ-кабине необходимо соблюдать следующие условия:

  • должен быть правильно определен рабочий диапазон частот;
  • материалы для экранов ограждающих конструкций, в том числе для РЧ-окон и дверей, должны отвечать техническим требованиям;
  • узлы экранов и способы их соединения между собой, а также крепление их к стенам, полу и потолку, экранирование коммуникаций различного назначения должны быть выполнены строго в соответствии с проектной документацией;
  • кабели должны быть установлены таких типов и размеров, какие указаны в проекте.

Важно! Проектирование кабины МРТ в каждом случае определяется сугубо индивидуальным подходом. Созданием и обустройством РЧ-кабин занимаются специализированные предприятия, имеющие соответствующий пакет разрешающих документов.

Лаборатории

В научно-исследовательских учреждениях и в заводских условиях востребованы помещения, изолированные от воздействия внешних электромагнитных «шумов». Для организации таких лабораторий привлекаются специализированные фирмы, которые производят расчёты и устанавливают ограждения.

Лабораторное помещение

Защитные костюмы

Металлизированные костюмы являются индивидуальными КФ. Рабочая одежда изготавливается из нитей нержавеющей стали, серебра и меди. При временном отключении линии электропередачи длиною несколько километров в проводах остаётся большой статический заряд. Поэтому во время инспекции и при ремонте электропередающих средств работники одевают защитные костюмы.

Инспектор на линии ЛЭП в защитном костюме

Безопасная рабочая одежда предназначена для предотвращения воздействия:

  • промышленного электрического поля;
  • тока от переменных электромагнитных полей;
  • активного электромагнитного потока во время развода контактов разъединителей;
  • тока от прикосновения к заземлённым предметам, грунту, дереву или кустарнику;
  • шагового напряжения.

В мире развлечений

Давно популярны аттракционы с демонстрацией электрических разрядов, центром которых является клетка Фарадея. Эффектно смотрятся ветвистые потоки молний вокруг человека, не причиняя ему никакого вреда.

Аттракцион возможностей клетки Фарадея

Обратите внимание! Несмотря на бытующее мнение о том, что боязнь людей электромагнитного излучения надумана, проблема проживания вблизи мощных ЛЭП довольно актуальна. Можно встретить частные постройки, полностью изолированные от влияния внешних негативных излучений. До сих пор до конца не изучена степень опасности воздействия электромагнитных волн на человека.

Надо ли делать заземление

Нуждается клетка Фарадея в заземлении? Это зависит от величины защитной конструкции. Существует мнение, что небольшие клетки не нуждаются в заземлении. Большие сооружения должны быть обязательно заземлены. Дело в том, что в них может накапливаться мощный заряд, который может «выстрелить» в человека, случайно коснувшегося решётки.

Клетка Фарадея своими руками

Изобретение в бытовых условиях часто используют для защиты домашних электронных приборов (смартфонов, планшетов и т.д.). Для изготовления своими руками КФ используют любую подходящую по объёму ёмкость, будь то коробка, кастрюля, ведро или мусорный бак.

Ёмкость обязательно должна плотно закрываться крышкой. Внутреннюю поверхность необходимо покрыть диэлектрическим материалом.

Пример изготовления КФ в домашних условиях

Для хранения различных гаджетов и небольших приборов можно использовать такой предмет, как обыкновенный фанерный ящик. Поступают следующим образом:

  1. Фанеру очищают от пыли и загрязнений;
  2. Разрезают рулон пищевой фольги на нужные отрезки;
  3. Оборачивают всю внешнюю поверхность ящика и его крышку фольгой матовой стороной внутрь;
  4. Места соединений изоляции скрепляют скотчем;
  5. На дно ящика укладывают один или несколько ковриков для компьютерной мышки;
  6. Проверяют плотность прилегания крышки к ящику по всему периметру, не допуская зазоров и разрывов фольгированной поверхности.

В случае использования металлической ёмкости нужно позаботиться об изолировании внутренней поверхности клетки картоном или листами фанеры. Так бывает, когда домовладельцы устраивают КФ в одной из своих комнат.

Клетка Фарадея, сделанная своими руками в доме

Тестирование КФ

Самый простой способ проверить работоспособность клетки заключаются в том, что внутрь помещают радиоприёмник, настроенный на мощный FM-сигнал и включённый на полную громкость. В правильно сделанной клетке воцарится полная тишина. Если всё же приёмник будет работать даже очень тихо, нужно искать причину в наличии разрывов в экранированной поверхности конструкции.

Таким же способом можно тестировать КФ с помощью мобильного телефона. Попав в клетку, мобильник сразу же окажется вне зоны действия. Чтобы в этом убедиться, достаточно набрать его номер – телефон будет молчать.

Дополнительная информация. Необходимо помнить о том, что длина волны 1 ГГц равняется 30 см. При максимальной величине ячейки сетки 3 х 3 см безопасность будет обеспечена. Поэтому в целях экономии вместо сплошного материала применяют сетки.

Клетка Фарадея – это гениальное изобретение великого английского учёного того времени остаётся по-прежнему актуальным по сей день. С появлением на рынке новых материалов возможности по созданию КФ различной конструкции значительно расширяются.

Видео

Оцените статью:

Как работает клетка Фарадея

Есть высокие шансы, что вы в какой-то момент своей жизни провели в клетке Фарадея значительную часть времени. Возможно, у вас даже на кухне есть такой. Удивлен?

Впервые изобретенные в 1836 году почтенным английским ученым Майклом Фарадеем, они стали повсеместными в нашем современном технологическом мире. От обеспечения безопасности в воздухе до сохранения государственной тайны — это простые, но очень мощные инструменты.

В следующей статье мы кратко рассмотрим, что это такое, и посмотрим, как они на самом деле работают.

Что такое клетка Фарадея?

Клетка Фарадея, иногда известная как щит Фарадея, представляет собой ограждение, которое используется для защиты предметов от электромагнитных полей (как статических, так и нестатических).

Статическое электричество — это то, где заряды находятся в состоянии покоя, отсюда и название. По сути, они накапливаются на поверхности определенного изолятора.

Нестатическое или текущее электричество — это движение электронов внутри проводника. Клетки Фарадея способны защитить свое содержимое или даже обитателей от воздействия обоих.

Они могут быть изготовлены из сплошного покрытия из проводящего материала или из тонкой сетки из проводящего материала.

Клетки Фарадея названы в честь их изобретателя, английского ученого Майкла Фарадея. Он изобрел их в 1836 году.

Они варьируются по дизайну и размеру от простых заборов из сетки рабицы до изящных металлических сеток.

Независимо от своего точного внешнего вида, все клетки Фарадея принимают электростатические заряды или даже определенные типы электромагнитного излучения и распределяют их по внешней стороне клетки.

Когда была изобретена клетка Фарадея?

В 1800-х годах Майкл Фарадей вложил свой значительный интеллект в исследование электричества. Вскоре он понял, что электрический проводник (например, металлическая клетка), будучи заряженным, кажется, проявляет этот заряд только на своей поверхности.

Оказалось, что это вообще не повлияло на внутреннюю часть проводника.

Он намеревался продемонстрировать это в большем масштабе и в 1836 году разработал амбициозный эксперимент.

Во время ставшего легендарным эксперимента Майкл Фарадей облил комнату металлической фольгой. Затем он позволил высоковольтным разрядам электростатического генератора попасть за пределы комнаты.

Великий Майкл Фарадей. Источник: Королевский институт Лондона

Затем он использовал специальное устройство под названием электроскоп (устройство, обнаруживающее электрические заряды), чтобы окончательно доказать свою гипотезу. Он подозревал, что в комнате полностью отсутствует электрический заряд.

Он также подтвердил, что только внешняя поверхность металлической фольги вообще проводит ток.

Позднее Фарадей подтвердил свои наблюдения другим известным экспериментом — своим экспериментом с ведром со льдом. Во время этого эксперимента он повторил более ранний эксперимент Бенджамина Франклина.

Майкл опустил заряженный латунный шар в металлическую чашу. Как и ожидалось, эксперимент подтвердил предыдущие наблюдения Франклина и его собственные.

Бенджамин Франклин тоже заслуживает некоторой похвалы

Хотя сегодня этот вид аппарата носит имя Майкла Фарадея, Бенджамина Франклина следует признать за его вклад почти 90 лет назад.

В 1755 г. Франклин наблюдал похожее явление. Он опустил незаряженный пробковый шар на шелковой нити через отверстие в электрически заряженной металлической банке.

Источник: Историческая ассоциация Белого дома / Wikimedia Commons

Он заметил, что «пробка не притягивалась к внутренней части банки, как это было бы снаружи, и хотя она касалась дна, но когда ее вытаскивали. не был обнаружен электрифицированным (заряженным) от этого прикосновения, как это было бы при прикосновении к внешней стороне.Факт необычный ».

Он также смог показать, что пробка подверглась воздействию электростатического заряда банки, повесив ее рядом с внешней стороной банки. Пробковый шарик сразу же потянулся к поверхности банки.

Это, как и Вы могли ожидать, озадачил Франклина в то время. Он даже признался в своем замешательстве коллеге в письме.

«Вам нужна причина; Я не знаю это. Возможно, вы откроете для себя это, и тогда вы будете так любезны, что передадите это мне.

Хотя он обнаружил эффект за много лет до Фарадея, Франклин так и не смог полностью обосновать свои любопытные наблюдения. Десятилетиями позже это останется на усмотрение великого Майкла Фарадея.

Как работают клетки Фарадея?

Проще говоря, Фарадей Клетки распространяют электростатический заряд по своей внешней стороне. Таким образом, они действуют как щит для всего, что внутри них.

В этом отношении они представляют собой форму полого проводника, в результате чего электромагнитный заряд остается только на внешней поверхности клетки.

Но на самом деле, как и многие вещи, все немного сложнее.

Если вы не знакомы с концепцией электричества и проводников, возможно, вы захотите освежить это в первую очередь, прежде чем двигаться дальше. Это видео предлагает немного освежить эту тему.

По сути, проводники имеют резервуар со свободно движущимися электронами, которые позволяют им проводить электричество. Когда электрический заряд отсутствует, в проводнике примерно одинаковое количество смешанных положительных и отрицательных частиц.

Если к клетке приближается внешний электрически заряженный объект, положительные (ядра) и свободные отрицательные (электронные) частицы в проводнике внезапно разделяются.

Если приближающийся объект заряжен положительно, к нему устремляется рой свободно движущихся электронов.

Это оставляет остальной материал клетки относительно лишенным отрицательно заряженных электронов, дающих ему положительный заряд. Если приближающийся объект заряжен отрицательно, происходит обратное, и электроны отталкиваются, но общий эффект тот же, только наоборот.

Этот процесс называется электростатической индукцией, и он создает электрическое поле, противоположное полю внешнего объекта.

Этот процесс эффективно нейтрализует внешнее электрическое поле по всей клетке. Именно это явление изолирует внутреннюю часть клетки от внешнего электрического поля.

Для чего используются клетки Фарадея?

Как вы понимаете, эти клетки очень удобны в самых разных областях применения. Скорее всего, вы действительно были в одном из них совсем недавно.

Самые известные примеры — автомобили и самолеты. Фюзеляжи самолета и автомобиля действуют как клетки Фарадея для своих пассажиров.

Хотя для автомобилей это не такая уж проблема, удары молнии в воздухе — довольно частое явление. Благодаря алюминиевому внешнему виду самолетов, когда это происходит, и хрупкая авионика самолетов, и бесценные пассажиры остаются полностью невредимыми.

Невероятно подходящие комнаты для сканирования МРТ эффективно имитируют знаменитый эксперимент Фарадея 1836 года.Они должны быть построены таким образом, чтобы предотвратить добавление внешних радиочастотных сигналов к данным с аппарата МРТ.

Если им разрешат проникнуть в комнату, это может серьезно повлиять на получаемые изображения. Несмотря на это, операторов обычно обучают обнаруживать радиочастотные помехи в маловероятном случае повреждения клетки Фарадея.

Микроволновые печи — еще один яркий пример повседневного использования клеток Фарадея. Однако, в отличие от других приложений, они предназначены для работы в обратном направлении и удерживают микроволновое излучение внутри печи.

Вы действительно можете увидеть часть клетки на прозрачном окошке микроволновой печи.

Оказывается, многие здания также являются случайными клетками Фарадея. Широкое использование металлической арматуры или проволочной сетки может нанести ущерб беспроводным интернет-сетям и сигналам мобильных телефонов.

Еще одно интересное применение клеток Фарадея используется военными и другими организациями. Клетки Фарадея часто используются для защиты жизненно важного ИТ и другого электрического оборудования от атак ЭМИ и ударов молнии.

Они также широко используются в ситуациях, когда необходимо заблокировать подслушивающие устройства. Политики и другие встречи на высоком уровне часто предпочитают обсуждать деликатные вопросы в специальных помещениях, защищенных конструкцией клетки Фарадея.

Щит Фарадея на электростанции в Хаймбахе, Германия. Источник: Фрэнк Винсент / Wikimedia Commons

Клетки Фарадея на 100% эффективны?

Эффективность клетки Фарадея определяется конструкцией клетки, размером и выбором строительных материалов.В конструкции сетчатого типа они будут экранировать свою внутреннюю часть, если проводник достаточно толстый, а отверстия в сетке меньше длины волны рассматриваемого излучения.

И все же, какими бы удивительными ни были клетки и щиты Фарадея, они далеки от совершенства. Они в целом не обеспечивают 100% изоляцию от электромагнитных волн.

В то время как более длинные волны, такие как радиоволны, имеют тенденцию сильно ослабляться или блокироваться клеткой, высокочастотные передачи ближнего поля, такие как HF RFID, обычно могут проникать сквозь экран.

При этом сплошные конструкции каркаса, в отличие от сетчатых, действительно имеют тенденцию обеспечивать лучшее экранирование в более широком диапазоне частот.

Микроволновые печи являются ярким примером того факта, что клетки Фарадея не на 100% эффективны в качестве электромагнитных экранов. Большинство из них не блокируют утечку всего микроволнового излучения из устройства.

Микроволны — это клетки Фарадея в обратном порядке. Источник: Apoltix / Wikimedia commons

Но это не повод для беспокойства.Мало того, что излучение не ионизирует, микроволновые печи проходят всесторонние испытания перед поступлением в широкую продажу.

FDA, например, допускает небольшую утечку из микроволновых печей. В настоящее время это значение составляет 5 мВт / см2 .

Что такое клетка Фарадея — Как работает клетка Фарадея?

Электрохимики хорошо знают, что клетка Фарадея используется для уменьшения шума. Хотя это довольно хорошо известно в кругах электрохимии, на удивление трудно найти полезную информацию об использовании и функциях клеток Фарадея в учебниках по электрохимии.Фактически, беглый осмотр множества книг на книжных полках здесь, в Гамри, дал только один результат в «Электрохимии для химиков»: «Вольтамперометрия на микроэлектродах обычно требует, чтобы измерения проводились в клетке Фарадея (защите от электронного шума)».

Итак, слава Сойеру, Собковяку и Робертсу за единственное упоминание, которое мы смогли найти при быстром поиске. Они также поняли правильное использование: «снижение шума», что особенно важно в экспериментах с низким током (таких как микроэлектродная вольтамперометрия).К сожалению, нет упоминания об общей настройке, заземлении или других экспериментальных методах, которые выигрывают от использования клетки Фарадея, таких как EIS или измерения коррозии на высокопрочных материалах. Не включено даже общее описание того, что на самом деле представляет собой клетка Фарадея.

История

Британский экспериментатор Майкл Фарадей, безусловно, наиболее известен своими работами с магнетизмом и электричеством. Он был популяризатором науки, Карл Саган или Нил де Грасс Тайсон своего времени, автор, например, популярного «Курса шести лекций по химической истории свечи».Однако гораздо более интересным может быть то, что однажды он отказался от рыцарства, дважды отказался от поста президента Королевского общества, а также отказался быть похороненным в Вестминстерском аббатстве.

Фарадей не очень хорошо разбирался в математике. Его понимание бесчисленных явлений, которые он изучал, было более интуитивным по своей природе. Среди многих вещей, за которые мы можем поблагодарить его сегодня, есть электрическая энергия (генерируемая электромагнитной индукцией), бензол и, конечно же, клетка Фарадея.

Что такое клетка Фарадея?

В исследованиях и экспериментах Фарадея, касающихся заряда, магнетизма и их взаимодействия, он обнаружил, что заряд проводника находится только на внешней поверхности.Кроме того, он обнаружил, что ни на что внутри этого проводника не влияет изменение электрического заряда снаружи. Позже теория поля была основана на работе Фарадея, и он действительно верил, вопреки принятой в то время точке зрения, что электрическое поле распространяется в космос за пределы заряда. Имея несколько лучшее понимание вещей сейчас, мы знаем, что электростатическое отталкивание одинаковых зарядов вызывает перераспределение заряда за пределы проводника, что приводит к общему электростатическому полю внутри проводника, равному нулю. «Внутри проводника» означает любое пространство, ограниченное непрерывно проводящим слоем.

Это явление дает довольно приятный результат: любой шум электронного компонента, который существует вне клетки, полностью подавляется в этом пространстве. Это тот же механизм, который мы, электрохимики, используем для оправдания игнорирования электростатических полей в растворах электролитов с высокой проводимостью. Это также улица с двусторонним движением: любой шум, создаваемый внутри клетки, не может уйти во внешний мир.Это то, что защищает нас от микроволновой печи.

Электромагнитные волны

При проведении экспериментов наша измерительная установка всегда подвергается воздействию электромагнитного излучения. Как уже подразумевается под термином «электромагнитная волна», задействованы две разные формы излучения. Электромагнитные волны состоят из электрического поля, перпендикулярно связанного с магнитным полем.

Рисунок 1 . Электромагнитная волна в направлении распространения x. Подробнее см. В тексте.

В зависимости от длины волны излучения и, следовательно, его энергетического содержания, его можно разделить на разные группы. Наиболее известен, вероятно, в видимом спектре света. На рисунке 2 показана часть электромагнитного спектра от радиоволн низкой энергии до гамма-лучей высокой энергии.

Рисунок 2. Диаграмма электромагнитного спектра.

Как упоминалось ранее, электромагнитное излучение присутствует всегда, взаимодействует с нашей установкой и искажает результаты измерений.На особо чувствительные эксперименты с малыми сигналами может сильно повлиять уменьшение отношения сигнал / шум или невозможность использования данных измерений в определенном частотном диапазоне.

Клетка Фарадея может помочь уменьшить влияние электромагнитного излучения. Из-за природы электромагнитного излучения в проводящей оболочке клетки Фарадея одновременно возникают два различных эффекта. На рисунках 3 и 4 показан общий принцип клетки Фарадея, когда электрическое и магнитное поля взаимодействуют с клеткой Фарадея.

Предположим, что полностью закрытый металлический ящик, который служит клеткой Фарадея с измерительной ячейкой внутри, как показано на рисунке 3. Без электрического поля электроны и катионы металлов равномерно распределены внутри металлического корпуса. Воздействие электрического поля приводит к немедленному перераспределению свободно движущихся электронов и, следовательно, течению тока внутри проводящей оболочки. Это индуцирует вторичное электрическое поле в направлении, противоположном входящему полю. В результате оба поля компенсируются, так что ячейка внутри клетки Фарадея испытывает практически нулевое суммарное электрическое поле.

Рис. 3. Влияние электрических полей на измерительную ячейку внутри клетки Фарадея.

Магнитные поля отличаются от электрических полей. Они не взаимодействуют напрямую с заряженными частицами проводящей оболочки, поскольку в них отсутствуют магнитные заряды. В отсутствие щита Фарадея измерительная ячейка полностью подвергается воздействию магнитных полей (и, очевидно, электрических полей), вызывающих помехи и шум; см. рисунок 4.

Рисунок 4. Влияние магнитных полей на измерительную ячейку с клеткой Фарадея и без нее.

Однако магнитные поля можно перенаправить, используя либо магнитные проницаемые материалы для экранирования, либо электрические токи, индуцируемые внутри проводящего корпуса.

Как описано ранее, электромагнитная волна вызывает ток, противоположный входящему полю. Эти так называемые вихревые токи индуцируют вторичное магнитное поле (синее), которое противодействует входящему магнитному полю (красный) и перенаправляет его.В результате клетка внутри клетки Фарадея испытывает более низкое чистое магнитное поле.

Какую клетку Фарадея использовать?

Ну вообще любой из них! Было бы, конечно, очень хорошо, если бы использовался щит Фарадея Гэмри, показанный на рисунке 5, который предлагает большую универсальность и гибкость.

Рис. 5. Щит Фарадея Гэмри.

На самом деле, однако, существует небольшая разница в поведении по шумоподавлению между хорошо сконструированными клетками Фарадея. Может быть большая разница, насколько хорошо или легко вы сможете связать свои эксперименты. Вам может понадобиться большая коробка для размещения вашего экспериментального устройства или входные отверстия для ввода газов или воды, или такой материал, как нержавеющая сталь, для борьбы с агрессивными парами и растворами. Вы можете увидеть, что происходит внутри клетки Фарадея, используя окно (с проводящим покрытием) или заблокировать как можно больше света. В конце концов, картонная коробка, обернутая алюминиевой фольгой, даст такое же шумоподавление, как и сплошная металлическая коробка.

Деревянная рама и медная или алюминиевая сетка являются обычным явлением для самодельных клеток Фарадея. Твердые металлические коробки — хороший выбор, но если вы не покупаете коробку, которая специально разработана для хорошего электронного экранирования, обратите особое внимание на края двери и убедитесь, что между ними есть хороший электрический контакт.

Рекомендации по проектированию

При создании собственной клетки или покупке клетки Фарадея следует учитывать три мелочи. Во-первых, это ломается в клетке, т.е.е. для ввода кабеля создайте зазоры, которые позволяют проникать внешним электромагнитным (ЭМ) полям. Таким образом, проникновение электромагнитного излучения зависит от размера отверстия, а также толщины проводника.

Общее практическое правило состоит в том, что отверстие в клетке Фарадея должно быть меньше 1/10 длины волны, которая должна быть заблокирована. Например, чтобы блокировать электромагнитные поля с частотами 10 ГГц и ниже, размер отверстия клетки Фарадея должен быть меньше 3 мм.

Вторая и более важная проблема — это длительный или даже полный разрыв непрерывности проводящего материала. Доступ к клетке Фарадея через крышку или дверь создает реальную возможность для такого нарушения непрерывности. Если одна сторона прерывается, даже если она является проводящей, то заряд может не перераспределяться должным образом, эффект компенсации не будет существовать, и внутри клетки будет существовать ненулевое поле. Использование провода для соединения прерывистых кромок может помочь при работе с низкими частотами, но часто этого недостаточно для экспериментов с более высокими рабочими частотами и скоростями.

Последней проблемой является проводимость клетки. Это редко является серьезной проблемой, но по мере увеличения размера клетки это может стать серьезной проблемой. Чем более резистивен проводящий слой, тем медленнее перераспределяется заряд, в результате чего поле не компенсируется.

Когда использовать клетку Фарадея

По возможности используйте клетку Фарадея, поскольку она всегда снижает шум, особенно шум от линии электропередач (сети), который является повсеместным — каждая лаборатория в каждом здании в любой стране имеет сеть переменного тока.Однако в некоторых экспериментах наблюдается больший эффект, чем в других. Это эксперименты с малыми токами или высокими частотами, а также эксперименты, в которых требуются очень точные (и точные) измерения.

Практически любой, кто занимается физической электрохимией (CV, импульсная вольтамперометрия, хроноампер и т. Д.), Попадает в последнюю категорию — а когда задействованы крошечные электроды, то и то, и другое. Коррозия может не часто требовать такой высокой точности и точности, но коррозионно-стойкие сплавы легко могут привести к измеренным токам в диапазоне нА (и ниже), где определенно необходима клетка Фарадея.EIS включает более высокие частоты, поэтому любое снижение шума приветствуется. Безопасный ответ — использовать клетку Фарадея всякий раз, когда это физически возможно. Если ток вашей ячейки не превышает 1 мкА, используйте клетку Фарадея.

О заземлении

На рис. 6 показаны циклические вольтамперограммы, снятые на фиктивном RC-элементе внутри и снаружи клетки Фарадея. Обратите внимание, что максимальный измеренный ток составляет всего около 1 нА. CV измеряли между 0,1 В со скоростью сканирования 0,5 В / с.

Измерения показывают, что возможно все еще иметь значительное количество шума, даже если испытательная ячейка находится внутри клетки Фарадея. Для правильного использования важно заземлить клетку Фарадея.

Рис. 6. CV на той же фиктивной ячейке RC. (синий) вне клетки Фарадея; (красный) внутри клетки Фарадея без заземления на потенциостат; (зеленый) внутри клетки Фарадея, заземленной на потенциостат.

Все электрохимические измерения относятся к некоторому потенциалу земли в потенциостате.По этой причине эффективное использование клетки Фарадея для электрохимических экспериментов должно включать надлежащее заземление. Хотя проблема с заземлением может стать очень сложной, основная причина довольно проста. Вся клетка Фарадея (включая внутреннюю часть) находится под постоянным потенциалом, и, если он не подключен, этот потенциал может сильно отличаться от опорного заземления потенциостата. В результате могут существовать большие напряжения переменного тока между внутренней частью клетки и заземлением.

Эта разность напряжений передается на электроды емкостным образом, делая предположительно экранированный шум частью измерения.По этой причине всегда подключайте клетку Фарадея к заземлению прибора. У подавляющего большинства также должен быть заземлен потенциостат. Для некоторых потенциостатов это установлено по умолчанию, но для потенциостатов, предназначенных для работы с плавающей землей, как и для всех моделей Gamry, это делается отдельно.

Однако имейте в виду, что заземление не всегда является хорошей идеей. Если вы проводите эксперимент с заземленным электродом, может помочь клетка Фарадея, но только не в том случае, если она привязана к тому же заземлению.Если вы хотите использовать заземленный электрод в клетке Фарадея, вы должны убедиться, что клетка Фарадея и источник заземления потенциостата — хотя все еще подключены по причинам, упомянутым ранее — не заземлены. В этом случае ваш потенциостат должен быть способен работать с плавающей землей.

О паразитных емкостях

Иногда при работе с небольшими сигналами между электрохимической ячейкой внутри клетки и стенкой клетки Фарадея возникает заметная паразитная емкость.На рисунке 7 показаны различные спектры EIS на небольших конденсаторах и эти неоднородности из-за паразитной емкости, которые появляются в измеренном сигнале фазового угла.

Рис. 7. EIS с неоднородностями, вызванными паразитной емкостью клетки Фарадея.

Это явление иногда наблюдается с большими плоскими образцами, параллельными полу клетки Фарадея. Этот эффект иногда появляется даже при использовании нашей калибровочной ячейки внутри калибровочного щита!

Чтобы минимизировать паразитную емкость между образцом и клеткой Фарадея, переместите образец от стен к центру клетки.Щит Фарадея включает отдельную полку для перемещения образца в центр клетки Фарадея. Если полки нет, приподнимите образец над полом клетки, используя непроводящий предмет (например, деревянный брусок, учебник).

Резюме

Используйте клетку Фарадея, когда позволяет ваш эксперимент, особенно при измерении токов ниже 1 мкА или импедансов выше 105 Ом. Убедитесь, что он заземлен должным образом: для пользователей Gamry это означает подключение плавающего заземляющего провода к клетке Фарадея, а затем либо заземление потенциостата через наконечник заземления.

При постройке или покупке клетки Фарадея убедитесь, что она подходит для проводимых вами экспериментов и у вас есть для нее место. Не забывайте о разгрузке кабеля от натяжения (кольцевая стойка или стяжки внутри клетки) и доступе для газа и воды, а также кабеля (-ов) ячейки. Если вы думаете, что можете использовать магнитную мешалку, избегайте клеток Фарадея, сделанных из магнитных материалов. Если вы хотите проверить соединения и посмотреть, что происходит внутри клетки, не нарушая экранирования, используйте стеклянное окно с проводящим покрытием.

Как работают клетки Фарадея | HowStuffWorks

Электричество — это источник жизненной силы для многих аспектов нашего мира. Без вольт и усилителей многие из наших технологических инноваций перестали бы существовать. Даже наши тела не смогли бы функционировать без электрического заряда, пронизывающего наши клетки. Но то, что дает электричество, электричество можно забрать.

Хотя эта форма энергии жизненно важна для многих в нашей жизни, это одна из тех вещей, которые хороши только в нужных количествах. Слишком большое количество электричества может привести к поражению людей электрическим током. Точно так же он может убить нашу современную электронику и машины.

Но благодаря Майклу Фарадею, блестящему ученому 19-го века, и одному из его одноименных изобретений, клетке Фарадея, мы, люди, разработали множество способов контролировать электричество и сделать его более безопасным для наших компьютеров, автомобилей и других изобретений — и для нас тоже.

Клетки Фарадея защищают свое содержимое от статических электрических полей. Электрическое поле — это силовое поле, окружающее заряженную частицу , такую ​​как электрон или протон.

Эти клетки часто выглядят отчетливо, ну, похоже, на клетку. Некоторые из них так же просты, как забор из сетки рабицы или ведра для льда. Другие используют мелкую металлическую сетку. Независимо от их точного внешнего вида, все клетки Фарадея принимают электростатические заряды или даже определенные типы электромагнитного излучения и распределяют их по внешней стороне клетки.

Электромагнитное излучение окружает нас повсюду. Он находится в видимом и ультрафиолетовом свете, в микроволновых печах, которые готовят нашу еду, и даже в радиоволнах FM и AM, которые перекачивают музыку через наши радиоприемники.Но иногда это излучение нежелательно и совершенно разрушительно. Вот где пригодятся клетки Фарадея.

Поскольку клетка Фарадея распределяет этот заряд или излучение по внешней стороне клетки, она нейтрализует электрические заряды или излучение внутри клетки. Короче говоря, клетка Фарадея — это полый проводник, в котором заряд остается на внешней поверхности клетки.

Эта основная функция имеет множество увлекательных применений в нашем электрически загроможденном и насыщенном технологиями мире.И хотя у Фарадея в конечном итоге будет свое время, основа для его изобретения на самом деле уходит корнями в более ранние времена. Итак, откуда взялась идея этих сверхполезных клеток? Узнайте на следующей странице.

Клетка Фарадея своими руками


Фон

Клетка Фарадея — это контейнер, сделанный из проводящего материала, такого как проволочная сетка или металлические пластины, который защищает то, что она окружает, от внешних электрических полей. В наших экспериментах клетка Фарадея может использоваться для предотвращения воздействия внешних электромагнитных помех (EMI или шума) на наши нейронные записи.Как вы знаете, нейронные сигналы, которые мы записываем, очень малы (порядка микровольт), и мы используем наши Spikerboxes для усиления этих небольших сигналов до достаточно большой амплитуды, чтобы мы могли их слышать и записывать. Однако в зависимости от окружающей среды могут существовать электромагнитные, радио, микроволновые или другие типы невидимых излучений, которые могут перемещаться по воздуху и взаимодействовать с металлическими иглами и проволокой, которые мы используем в качестве электродов. Затем металл передает шумовой сигнал, как антенна, в наши нейронные записи, мешая или даже заглушая наши записи, так что все, что мы слышим, в худшем случае, — это радиостанция! Затем можно использовать клетку Фарадея, чтобы заблокировать многие из этих источников шума.

Клетка Фарадея названа в честь ученого 1800-х годов Майкла Фарадея, но чтобы узнать, как работает клетка, мы начнем с другого известного ученого, Шарля-Огюстена де Кулона. Кулон проделал большую работу по динамике заряженных частиц и электрических полей, которые они генерируют. Кулон определил, что электрическое поле «E» на радиусе «r» от неподвижного точечного заряда «Q» можно рассчитать по следующему уравнению:

Где ε 0 — диэлектрическая проницаемость свободного пространства, а e r — радиальный единичный вектор.Если вы не понимаете математику (когда-нибудь поймете), это означает, что напряженность электрического поля уменьшается по мере удаления от источника электрического тока. Если вы едете по шоссе и замечаете, что радиостанция гаснет, например, это потому, что вы удаляетесь от большой вышки радиопередатчика.

Вывод заключается в том, что этот закон дает нам основу для математической взаимосвязи, которая связывает зарядовые и электрические поля в фиксированном объеме пространства. Клетка Фарадея охватывает такой фиксированный объем пространства, и, если клетка сделана из проводящего материала, определяющей характеристикой клетки является то, что она не позволяет внешним зарядам наводить электрические поля в этом объеме. Вот два основных правила, регулирующих этот барьерный эффект:

  1. Закон Кулона требует, чтобы заряды в проводнике в состоянии равновесия находились как можно дальше друг от друга, и, таким образом, чистый электрический заряд проводника полностью находился на его поверхности.
  2. Любое результирующее электрическое поле внутри проводника вызовет перемещение заряда, поскольку он многочислен и подвижен, но равновесие требует, чтобы результирующая сила внутри проводника была равна нулю. Таким образом, электрическое поле внутри проводника равно нулю.

Правило 2 говорит нам, что электрическое поле внутри проводника в состоянии равновесия равно нулю, а Правило 1 говорит нам, что заряд проводника будет полностью находиться на поверхности (границе). Другими словами, поверхность проводящего объема становится барьером, по которому заряды движутся к поверхности и вокруг нее, чтобы генерировать поля, точно противодействующие любому заряду, который стремится пересечь границу, тем самым сохраняя внутреннюю часть свободной от внешних электрических помех.

Фарадей впервые продемонстрировал это в известном эксперименте с ведерком со льдом и металлической сферой.Фарадей опустил металлический шар, заряженный статическим электричеством, в металлическое ведро, поддерживаемое деревянным стулом, которое изолировало ведро от земли. Когда заряженный шар опускали в ведро, не касаясь его, заряды на поверхности ведра перераспределялись за счет электростатической индукции. Эта концепция стала известна как принцип клетки Фарадея, который вы изучаете сегодня.

Ниже мы рассмотрим влияние клетки Фарадея на различные условия при проведении нейронных записей с помощью SpikerBox, а также проведем простой эксперимент, который вы можете провести дома.Вот видео, объясняющее очень простой способ построить и использовать клетку Фарадея.

Видео

Процедура

Строительство клетки Фарадея

Обратите внимание, что мы также продаем готовые клетки Фарадея, если вы не хотите посещать строительный магазин.

  1. Отмерьте прямоугольник 8 x 16 дюймов из металлической сетки экрана.
  2. Вырежьте прямоугольник большими ножницами.
  3. Отмерьте и отрежьте пять деревянных планок длиной 8 дюймов
  4. Осторожно разверните прямоугольник металлической сетки, чтобы он лежал ровно
  5. Начало скрепления металлической сетки через деревянные планки
  6. Сшиваем первую полосу на конце сетки.
  7. Скрепите вторую полосу на расстоянии 5,5 дюймов от первой полосы, снова продольно на сетке
  8. Сшивание третьей полосы на расстоянии 2,5 дюйма от второй полосы
  9. Сшивание четвертой полосы на расстоянии 5,5 дюйма от третьей полосы
  10. Сшивание пятой полосы на дальнем конце сетки
  11. Деревянные полоски являются скобами, поэтому после их скрепления сложите сетку на каждой полоске, чтобы сформировать прямоугольную коробку.
Использование клетки Фарадея для шипов
  1. Установите стандартную подготовку для записи лапок таракана, как описано в эксперименте 1
  2. Создайте шумную обстановку, подключив ноутбук к розетке и включив паяльник или другое мощное устройство. Поместите SpikerBox рядом с этой электроникой, а также включите все флуоресцентные лампы в комнате. Запишите свои наблюдения за уровнем шума в зависимости от уровня нейронного сигнала.
  3. Прикрепите зажим типа «крокодил» к земле (за пределами разъема RCA) на Spikerbox.
  4. Поместите Spikerbox в клетку Фарадея с открытой клеткой. Запишите свои наблюдения за уровнем шума в зависимости от уровня нейронного сигнала.
  5. Закройте клетку Фарадея, но ни к чему не присоединяйте зажим «крокодил». Запишите свои наблюдения за уровнем шума vs.уровень нейронного сигнала
  6. Подключите кабель типа «крокодил» к сетке экрана клетки. Запишите свои наблюдения за уровнем шума в зависимости от уровня нейронного сигнала
Использование клетки Фарадея на мобильных телефонах

Микроволновые печи являются примерами клеток Фарадея, потому что они предназначены для предотвращения утечки излучения, используемого для приготовления пищи, в окружающую среду. Алюминиевая фольга — это проводящий материал, который также можно использовать для создания быстрой импровизированной клетки Фарадея (просто спросите своего соседского нейробиолога).

  1. Позвоните на свой мобильный телефон и убедитесь, что он звонит (это ваш контроль).
  2. Затем возьмите мобильный телефон и положите его в (выключенную!) Микроволновую печь.
  3. Позвоните на мобильный телефон с другого телефона. Звонит?
  4. Затем откройте дверцу микроволновой печи и наберите номер домашнего телефона на мобильном телефоне. Как только вы нажмете «отправить», быстро закройте дверцу микроволновой печи. Звонит ли ваш домашний телефон?
  5. Наконец, заверните сотовый телефон в алюминиевую фольгу. Снова позвонить на мобильный? Звонит?

Вопросы для обсуждения

  1. Как вы думаете, что клетка Фарадея будет делать с электромагнитным сигналом, исходящим изнутри клетки? Сможет ли кто-нибудь за пределами клетки Фарадея принять этот сигнал?
  2. Где было бы идеальное место для записи?
  3. Что, по вашему мнению, произошло бы, если бы вы использовали проволочную сетку с большими отверстиями вместо металлической сетки с маленькими отверстиями для вашей клетки Фарадея?
  4. Как вы думаете, почему шум сотового телефона все еще мешает работе SpikerBox, хотя отверстия в нашей клетке Фарадея меньше 1. 4 см мы рассчитали?

Extra (введено пользователем)

Можно также использовать старую металлическую коробку, съев из нее все печенье. Вместо использования двойного кабеля типа «крокодил» для прикрепления эталона к клетке Фарадея вы можете сделать кабель зонда трехжильным. Два обычных электрода (эталон + регистрирующий электрод) + один дополнительный эталон с зажимом из крокодиловой кожи, который вы подключаете к металлической коробке для печенья.

Как сделать свою собственную клетку Фарадея

Протесты против жестокости полиции в настоящее время проходят по всей стране, и хотя технологии помогли в их организации, они также могут быть использованы против присутствующих.Распознавание лиц может использоваться для идентификации (или неправильной идентификации, как это часто бывает) протестующих, а телефоны могут быть отслежены.

Если вы проводите демонстрацию, было бы разумно заранее заблокировать телефон или даже просто оставить его дома. Если последнее невозможно, поместите его в клетку Фарадея, корпус, защищающий от проникновения или выхода электромагнитных полей.

Клетка Фарадея полезна во многих случаях. Возможно, у вас есть автомобиль с дистанционным входом без ключа, и вы хотите предотвратить проникновение в него подростков с помощью усилителя мощности.Или вы не хотите, чтобы АНБ подслушивало ваши разговоры. Или вы готовитесь к судному дню, просто ожидая, когда гигантский, охватывающий Землю электромагнитный импульс поднимется в небе и уничтожит все электронные коммуникации.

Вы можете купить клетки Фарадея, которые различаются по размеру, от небольших сумок для смартфона до палатки Фарадея, под которой вы можете припарковать машину и, возможно, всю свою семью.

Если вы не хотите тратить деньги и думаете, что можете приготовить решение на собственной кухне, используя бытовую технику, это не так просто.Принято считать, что холодильник или морозильная камера могут служить эрзац-клеткой Фарадея. Но если уплотнение не будет действительно плотным, это вряд ли сработает. Точно так же микроволновая печь не делает клетку Фарадея. Полицейский участок в Гринфилде, штат Массачусетс, пытался предотвратить удаленное стирание конфискованных телефонов, помещая их в микроволновые печи. Они обнаружили, что работают только печи коммерческого класса.

Однако есть кое-что, что может быть у вас под рукой, которые можно за небольшую плату превратить в клетку Фарадея.Однако, прежде чем вставлять телефон в один из них, переведите его в режим полета, иначе батарея разрядится, когда он будет искать сигнал.

Think Small

Если вы делаете клетку Фарадея для участия в акции протеста, лучше всего ее купить. Но можно и маленькую.

Шутка о фольгированной шляпе пришла откуда-то, и это где-то клетка Фарадея. Алюминиевая фольга может использоваться для защиты от электромагнитных полей. Воры используют это в своих интересах, покрывая внутреннюю часть пакетов, чтобы предотвратить обнаружение.Тот же принцип применяется к этой инструкции по использованию алюминиевой фольги, конверта и ленты.

File It Away

Чтобы превратить металлический картотечный шкаф в клетку Фарадея, требуется всего несколько настроек. Для выполнения этих указаний на Instructables требуется всего несколько обычных аппаратных средств, некоторые кабели и сам шкаф.

Это все мусор

Решение может быть у вас на заднем дворе. Металлические мусорные баки — с небольшими изменениями — могут быть эффективными клетками Фарадея.

Shake It Off

Если все эти разговоры о клетках Фарадея утомляют вас и вы хотите выпить, остановитесь! Самое простое решение — шейкер для коктейлей.

Тестирование 1-2-3

Какую бы клетку Фарадея вы ни выбрали, проверьте ее. Строгое тестирование включает в себя программно-определяемый радиоприемник, но вы можете провести простой тест, настроив радио на станцию ​​с сильным сигналом и поместив его в клетку Фарадея. Закройте клетку, и если вы все еще слышите станцию, клетка не работает.

Этот информационный бюллетень может содержать рекламу, предложения или партнерские ссылки. Подписка на информационный бюллетень означает ваше согласие с нашими Условиями использования и Политикой конфиденциальности. Вы можете отказаться от подписки на информационные бюллетени в любое время.

Что такое клетка Фарадея?

Даже электроника, разработанная некоторыми из лучших мировых брендов, может быть восприимчива к электромагнитным помехам. Такие нарушения значительно влияют на их функциональность и эффективность.Клетка Фарадея используется в качестве защитного экрана от электромагнитного излучения, исходящего из внешней среды, или предотвращает выход электромагнитной энергии, излучаемой внутренними компонентами, из клетки. Эти защитные экраны используются в различном электронном и электрическом оборудовании.

Как это работает?

Клетка Фарадея создает барьер между внутренними компонентами устройства и внешними электрическими полями. Это работает, потому что внешнее электрическое поле вызывает перераспределение электрических зарядов в проводящем материале корпуса, что, в свою очередь, нейтрализует эффект поля внутри клетки.Это гарантирует, что электрические компоненты внутри корпуса могут работать без перебоев.

Различные приложения

Микроволновая печь: Вы можете найти реальный образец клетки Фарадея прямо у себя на кухне. Металлический корпус в вашей микроволновой печи действует как клетка Фарадея и предотвращает утечку микроволн внутри духовки в окружающую среду.

Экранирование электронного оборудования для электронного оборудования: Важно защитить различное электронное оборудование от электромагнитного излучения, исходящего от других электронных блоков, присутствующих в окружающей среде.Коаксиальные кабели, используемые для телевидения, обычно состоят из экрана с медной оплеткой под оболочкой из ПВХ, которая действует как клетка Фарадея для защиты внутренних проводников от внешних электрических помех и предотвращения любых утечек радиочастот.

Защитное снаряжение для электриков и линейных: Защитные костюмы, которые носят мужчины, работающие в опасных условиях, представляют собой не что иное, как клетку Фарадея. Эти костюмы предназначены для защиты рабочих от поражения электрическим током при работе в непосредственной близости от высоковольтных линий электропередач.

МРТ (магнитно-резонансная томография): Клетки Фарадея также используются в кабинетах МРТ, чтобы внешние радиочастотные сигналы не вызывали искажения данных, исходящих от пациента.

Молния Безопасность: Защитный металлический отсек автомобиля или самолета действует как клетка Фарадея, защищая пассажиров от внешних электрических зарядов, таких как молния.

Знаете ли вы, что каждое устройство в вашем доме — от ноутбука до холодильника — нуждается в защите от невидимых электромагнитных волн для оптимального функционирования? Клетка Фарадея может обеспечить им необходимую защиту.У вас есть еще вопросы о клетке Фарадея или вы ищете решения для защиты от электромагнитных помех? Свяжитесь с нами сегодня.

Что такое клетка Фарадея?

Подумайте об этом как о своего рода силовом поле, за исключением того, что вместо защиты себя от физических атак от врага или потенциальной угрозы вы защищаете радиочастотные (РЧ) сигналы, которые большая часть вашей электроники создает от попадания во внешний мир.

Это основная предпосылка клетки Фарадея, которая традиционно определяется как специальная клетчатая область или комната, окруженная или защищенная материалом, блокирующим сигнал.Английский ученый Майкл Фарадей впервые предложил эту концепцию в середине 1800-х годов, и даже сегодня клетки Фарадея используются для нескольких избранных целей. Во-первых, в них может быть размещено электронное оборудование, чтобы сигналы не мешали сигналам другого расположенного поблизости электронного оборудования. Или, как в случае с традиционной офисной средой, их можно использовать для предотвращения выхода радиочастотных сигналов, исходящих от компьютеров, аудиомагнитофонов, интернет-маршрутизаторов, телефонов и других устройств, из определенного объекта.Когда радиочастотные сигналы покидают объект, они могут быть подвержены взлому и краже данных из-за внешних угроз, отсюда и ценность щита Фарадея или некоторой его версии.

Помимо предотвращения выхода радиочастотных сигналов из окружающей среды, клетки Фарадея также предотвращают проникновение внешних сигналов.

Современная клетка Фарадея

Мы понимаем, как может показаться немного странным иметь в вашем офисе небольшую «клетку», где хранится все ваше электронное оборудование. Сегодня многие коммерческие и государственные фирмы, центры обработки данных и городские офисы доводят концепцию клетки Фарадея до своего индивидуального уровня, чтобы удовлетворить свои конкретные потребности.Они могут использовать подобные оконные пленки, фольгу, ткани, краски и многое другое, блокирующие радиочастотные помехи, чтобы не дать этим сигналам проникнуть за пределы объекта, где любой хакер мог бы ждать, чтобы их перехватить, или просто для уменьшения внешних помех от соседних объектов и оборудования. Принимая соответствующие меры для защиты всего офиса, вы уменьшаете потенциальные угрозы, повышаете уровень технической безопасности и улучшаете свою технологическую эффективность и возможности с вашим пространством.

Как создать тотальный офис Клетка Фарадея

Хотите повысить безопасность своего офиса и внедрить в свое здание вариант клетки Фарадея? Signals Defense предлагает множество технологий, которые позволят вашему бизнесу это сделать.Вот некоторые из технологий, которые помогают предотвратить кражу радио- и инфракрасных сигналов:

  • РЧ оконные пленки: они легко устанавливаются и практически незаметны после установки. Более того, они предотвращают передачу сигнала через одну из наиболее уязвимых частей здания — окна.
  • Специальные пленки, ткани и краски: они легко устанавливаются на наружные стены здания, обеспечивая дополнительный уровень защиты.

Беспокоит ли вашу компанию угроза внешнего взлома в результате электронного шпионажа? Это даже на вашем радаре? Если у вас есть конфиденциальные или важные данные, которые могут нанести вред вашему бизнесу, если попадут в чужие руки, их защита должна стать приоритетом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.