Електрична клітина. Власник бару в Англії встановив клітину фарадея для блокування стільникового зв'язку у закладі. Самостійне виготовлення пристрою

У 1836 році легендарним англійським вченим Фарадеєм було винайдено установку для екранування простору від впливу зовнішніх електромагнітних полів. Винахід отримав назву «Клітка або щит Фарадея». на англійськоюце пишеться як "FARADAY SHIELD".

Принцип дії

Клітина Фарадея (КФ) є захисною спорудою, що огороджують площини якої виготовлені у вигляді грат з металевих стрижнів високої електропровідності із заземленням. Принцип роботи установки досить простий.

Коли електричне поле «торкається» з поверхнею ґрат, електрони металевих стрижнів починають. активний рух. Протилежні поверхні конструкції заряджаються таким чином, що разом вони протистоять проникненню зовнішніх електричних полів.

Що стосується магнітного поля, то через свою змінну властивість воно просто не встигає проникнути крізь металеву сітку. Все, що знаходиться у клітині Фарадея, надійно захищене від впливу зовнішнього електричного поля та електромагнітних хвиль. Площини, що захищають простір із металевих сіток, називають екранами.

Найпростіший приклад, де використовується ефект Фарадея, це мікрохвильова піч. Атрибут кухонного обладнання можна зустріти майже в кожному будинку. Передня прозора панель покрита металізованою решіткою, решта металевого корпусу печі доповнює конструкцію КФ. Грати екранують, як вихідне випромінювання телефону, так і не пропускають зовнішні електромагнітні хвилі. В результаті апарат виявляється поза зоною дії зв'язку.

Сфери застосування ефекту КФ

Властивості екранізованого простору з успіхом використовують у різних сферах людської діяльності. Це можуть бути окремі приміщення, невеликі ємності та навіть робочий одяг.

РЧ-кабіна

Радіочастотна кабіна є екранованим приміщенням. Під покриттям стін, стелі та підлоги закладені ґрати, виготовлені з немагнітних металів, що мають високу провідність. Конструкції можуть приймати різні обсяги та конфігурації – це РЧ-кімнати, кабінети та бокси.

МРТ приміщення

Таким чином, облаштують кабінети МРТ (приміщення з апаратурою щодо магнітно-резонансної томографії). Клітина Фарадея обов'язково повинна мати заземлення.

Призначення огорож приміщення полягає в тому, щоб не пропускати всередину електромагнітні перешкоди від зовнішніх джерел випромінювання. Цим досягають високоякісних результатів магнітно-резонансної томографії без будь-яких спотворень.

Для забезпечення повноцінної роботи в РЧ-кабіні необхідно дотримуватися таких умов:

• має бути правильно визначений робочий діапазон частот;
• матеріали для екранів огороджувальних конструкцій, у тому числі для РЧ-вікон та дверей, повинні відповідати технічним вимогам;
• вузли екранів та способи їх з'єднання між собою, а також кріплення їх до стін, підлоги та стелі; екранування комунікацій різного призначення повинні бути виконані строго відповідно до проектної документації;
• кабелі повинні бути встановлені таких типів та розмірів, які вказані у проекті.

Важливо!Проектування кабіни МРТ у кожному випадку визначається суто індивідуальним підходом. Створенням та облаштуванням РЧ-кабін займаються спеціалізовані підприємства, які мають відповідний пакет документів, що дозволяють.

Лабораторії

У науково-дослідних установах та заводських умовах затребувані приміщення, ізольовані від впливу зовнішніх електромагнітних «шумів». Для організації таких лабораторій залучаються спеціалізовані фірми, які виробляють розрахунки та встановлюють огорожі.

Захисні костюми

Металізовані костюми є індивідуальними КФ. Робочий одяг виготовляється з ниток нержавіючої сталі, срібла та міді. При тимчасовому відключенні лінії електропередачі довжиною кілька кілометрів у дротах залишається великий статичний заряд. Тому під час інспекції та при ремонті електропередавальних засобів працівники одягають захисні костюми.

Безпечний робочий одяг призначений для запобігання впливу:

• промислове електричне поле;
• струму від змінних електромагнітних полів;
• активного електромагнітного потоку під час розлучення контактів роз'єднувачів;
• струму від дотику до заземлених предметів, ґрунту, дерева або чагарника;
• крокового напруження.

У світі розваг

Давно популярними є атракціони з демонстрацією електричних розрядів, центром яких є клітина Фарадея. Ефектно виглядають гіллясті потоки блискавок навколо людини, не завдаючи йому жодної шкоди.

Зверніть увагу!Незважаючи на існуючу думку про те, що страх людей електромагнітного випромінюванняНадумана, проблема проживання поблизу потужних ЛЕП є досить актуальною. Можна зустріти приватні споруди, які повністю ізольовані від впливу зовнішніх негативних випромінювань. Досі до кінця не вивчено ступінь небезпеки впливу електромагнітних хвиль на людину.

Чи потрібно робити заземлення

Потребує клітина Фарадея в заземленні? Це від величини захисної конструкції. Існує думка, що невеликі клітини не потребують заземлення. Великі споруди мають бути обов'язково заземлені. Справа в тому, що в них може накопичуватися потужний заряд, який може «вистрілити» в людину, яка випадково торкнулася ґрат.

Клітка Фарадея своїми руками

Винахід у побутових умовахчасто використовують для захисту домашніх електронних приладів(Смартфонів, планшетів і т.д.). Для виготовлення своїми руками КФ використовують будь-яку відповідну за обсягом ємність, будь то коробка, каструля, відро або сміттєвий бак.

Ємність обов'язково має щільно закриватися кришкою. Внутрішню поверхню потрібно покрити діелектричним матеріалом.

Приклад виготовлення КФ у домашніх умовах

Для зберігання різних гаджетів і невеликих приладів можна використовувати такий предмет, як звичайний ящик. Надходять таким чином:

1. Фанеру очищають від пилу та забруднень;
2. Розрізають рулон харчової фольги на потрібні відрізки;
3. Обертають всю зовнішню поверхню ящика та його кришку фольгою матовою стороною всередину;
4. Місця з'єднань ізоляції скріплюють скотчем;
5. На дно ящика укладають один або кілька килимків для комп'ютерної мишки;
6. Перевіряють щільність прилягання кришки до ящика по всьому периметру, не допускаючи зазорів та розривів фольгованої поверхні.

У разі використання металевої ємності потрібно подбати про ізолювання внутрішньої поверхні клітини картоном чи листами фанери. Так буває, коли домовласники влаштовують КФ в одній зі своїх кімнат.

Тестування КФ

Найпростіший спосіб перевірити працездатність клітини полягає в тому, що всередину поміщають радіоприймач, налаштований потужний FM-сигнал і включений на повну гучність. У правильно зробленій клітині запанує повна тиша. Якщо все ж таки приймач працюватиме навіть дуже тихо, потрібно шукати причину в наявності розривів в екранованій поверхні конструкції.

У такий же спосіб можна тестувати КФ за допомогою мобільного телефону. Потрапивши в клітку, мобільник відразу ж опиниться поза зоною дії. Щоб у цьому переконатись, достатньо набрати його номер – телефон мовчатиме.

Додаткова інформація.Необхідно пам'ятати про те, що довжина хвилі 1 ГГц дорівнює 30 см. При максимальній величині комірки сітки 3 х 3 см безпека буде забезпечена. Тому для економії замість суцільного матеріалу застосовують сітки.

Клітка Фарадея – це геніальний винахідвеликого англійського вченого на той час залишається актуальним до сьогодні. З появою на ринку нових матеріалів можливості створення КФ різної конструкціїзначно розширюються.

Відео

Сховайте ваш стільниковий телефонабо смартфон від світу, заблокувавши будь-які вхідні та вихідні радіочастоти за допомогою кишені Фарадея. Подібні чохли та сумки вже з'явилися у продажу в магазинах для гіків та на Кікстартері під гаслом «Захист дані від злому». Упакований у подібний чохол, ваш девайс більше не зачіпається для будь-яких WiFi, GPS, Bluetooth, ГЛОНАСС та для самого постачальника послуг зв'язку, тобто оператора.

Також подібна кишеня - чудовий спосіб миттєво «заткнути» ваш телефон за потребою: наприклад, якщо ви знаходитесь в кінотеатрі, в засідці (жарт) або просто хочете припинити настирливі дзвінки від якоїсь особистості.

Для цього вам треба просто прокласти кишеню штанів (або іншого відповідного одягу) спеціальною тканиною з дрібним металевим плетивом у ній, і кишеня зможе відображати будь-які вхідні сигнали та вбирати енергію. Ефект захисту чогось за допомогою струмопровідної тканини також називається «Клітка Фарадея» (на ім'я вченого, клітинку винайшовшого, Майкла Фарадея), від чого пішла назва і кишень, сумок, чохлів.

Пошити щось подібне своїми руками - раз плюнути. До того ж для допитливих розумів це кумедний науковий експеримент із електричним полем. Струмопровідну тканину легко знайти у продажу в Рунеті. Вибирайте ріпстоп (укріплена тканина) із плетенням з нікелю/міді: у такої тканини високий рейтинг екранування та з нею найлегше працювати. І пам'ятайте, що для необхідного ефекту шар подібної тканинині бути товстим, що полегшує справа.

1. Виберіть пару штанів, які вам не шкода переробити. Різати одяг не доведеться, так що ви їх не зіпсуєте: вибирайте ті, що ви носите найчастіше, або просто обшийте кишені у кількох пар. Комусь актуально буде обшити струмопровідною тканиною обидві кишені, але пам'ятайте, що вам потрібно і звичайне місце, щоб носити нормально працюючий мобільний телефон.

2. Вивертаємо штани навиворіт, розправляємо одну кишеню і підкладаємо під неї край струмопровідної тканини. Оптимально, щоб кишеня вмістилася повністю - від швів, що скріплюють її зі штанами до нижніх швів самої кишені. Маркером для тканини або будь-що ще (від ручки до дрібна або загостреного шматочка мила) обводимо кишеню на струмопровідній тканині.

3. Витягуємо тканину, складаємо її так, щоб на обведеній ділянці отримати 2 шари матеріалу, сколюємо в цьому місці тканину шпильками і вирізаємо 2 сторони для кишені - з припусками по всьому периметру в 1,5-2 см.

4. Виймаємо шпильки, кладемо по одній вирізаній деталі з матеріалу на кожну сторону кишені, закриваючи останній струмопровідною тканиною повністю. Шпильками сколюємо обидва шари тканини та кишеню разом, щоб усе відмінно трималося, де належить.

5. Швейну машинку заправляємо звичайними міцними нитками та виставляємо меншу (максимум середню) довжину кроку звичайного прямого шва. По периметру з відступом від краю в 1,5-2 см зшиваємо краї кишені та обидва шматки струмопровідної тканини, де вийде. Інші – важкодоступні – місця дошиваємо голкою з ниткою вручну. Зверху впоперек кишені! також прошиваємо кишеню наскрізь! Т. е. зшиваємо разом всі 4 шари: 2 сторони кишені і верх 2-х шматків струмопровідної тканини, залишаючи лише маленький отвір, щоб класти і витягувати телефон (але і робити це без особливих зусиль, тому що ви можете порвати кишеню пальцями ).

Невеликі отвори в кишені/чохлі/сумці Фарадея залишати можна - до тих пір, поки вони малі щодо довжини електромагнітної хвилі, що падає. Наприклад, хвиля 1 Ггц має довжину 0,3 метра у вільному просторі. І поки отвір значно менший, ніж цей розмір (наприклад, кілька міліметрів), він не пропустить велика кількістьпадіння хвилі. Тому отвір, що залишився в кишені під телефон необхідно закладати - наприклад, струмопровідною ізолентою або можна, одночасно зшиваючи попарно свій шар тканини і одну сторону кишені, вшити всередину кишені липучку по всій ширині отвору зверху. Але можна і не вшивати і не вклеювати, тому що на джинсах, наприклад, щільна тканина і так триматиме краї кишені зведеними.

Для найкращого результатутелефон у кишені повинен бути повністю закритий струмопровідною тканиною. Але сунули руку в кишеню без липучки або просто нахилилися/присіли - і все сигнал знову почне проходити.

Сумка/чохол

Відносно отворів і надійності набагато краще за аналогією (токопровідна тканина плюс щільна тканина просто щоб чохол був міцним) пошити для будь-якого вашого девайсу - чи то смартфон або планшет - чохол або сумку на липучках, що проходять по всьому відкритому краю з усіх боків.

У далекому 1836 якийсь англійський вчений Майкл Фарадей провів дуже цікавий і пізнавальний досвід. Згідно з його вказівками, велику дерев'яну клітку обклеїли листами олов'яного паперу (станіолю). Потім вона була ізольована від земної поверхні і сильно заряджена за допомогою різниці потенціалів такої конструкції із землею була настільки сильною, що при наближенні до неї тіл, з'єднаних з земною поверхнею, з її зовнішньої поверхнівилітали іскри. Не дивно що дана клітинаФарадея багатьом очевидцям вселяла страх. Сам англійський фізик був усередині своєї конструкції, тримаючи в руках дуже чутливий електроскоп.

Що дозволила з'ясувати клітина Фарадея?

Під час випробування повністю справний прилад показував у руках фізика повна відсутністьелектричного заряду. А це означає, що подібну конструкцію можна ефективно використовувати як огороджувальний щит. Пізніше вдалося з'ясувати, що здатність такого екрану до нейтралізації електромагнітного випромінювання багато в чому залежить від товщини його матеріалу, глибини ефекту поверхні та співвідношення розмірів отворів із довжиною хвиль, що впливають. Таким чином, дозволили людям знайти спосіб захистити чутливу апаратуру та здоров'я людини від шкідливого впливу. широке застосуванняна практиці, і важко уявити, що було б з людством, якби не винахідливість та сміливість відважного фізика.

Як діє клітина Фарадея?

Коли замкнута електропровідна оболонка потрапляє в електричне поле, воно починає впливати на вільні електрони, внаслідок чого протилежні сторони такої конструкції набувають заряди, що створюють у свою чергу поле, що повністю компенсує зовнішню дію. Слід зазначити, що клітина Фарадея може захистити лише електричного поля. А магнітне поле, за умови, що воно статично, вільно проникає всередину. Тому компас усередині такої конструкції працюватиме правильно. У разі динамічного електрополя відбувається наступна річ: воно створює динамічне магнітне поле, яке, згідно з законами фізики, генерує своє електрополі, що змінюється, що перешкоджає створенню магнітного поля всередині такого екрану.

Сучасні клітини Фарадея

В даний час відкрите англійським фізиком явище використовується для радіочастотних кабін, екранованих кімнат, РЧ-боксів. Такі приміщення широко використовуються скрізь, де потрібно убезпечити людину від електричного поля. Як електропровідний матеріал тепер зазвичай застосовують дрібну металеву сітку або листи перфорованої сталі, а самі конструкції обов'язково заземлюють для того, щоб розсіяти будь-які електричні струми, які можуть виникнути від зовнішніх випромінювань.
Крім того, клітина Фарадея широко застосовується для проведення різноманітних тестів. комп'ютерного обладнання, електронних компоненті т. д. Існують навіть спеціальні індивідуальні екрануючі комплекти, а деякі компанії пропонують для більшої безпеки екранувати людям свої квартири.

Великий англійський вчений Майкл Фарадей відомий усьому світу, як першовідкривач, винахідник електродвигуна, трансформатора та багатьох інших пристроїв, які не втратили своєї актуальності до нашого часу. Один з них, винайдений ще в середині 19 століття, відомий як клітина Фарадея.

Пристрій та принцип роботи

Цей пристрій отримав свою назву у зв'язку з тим, що для перших експериментів була використана металева кліткаматеріал якої відрізнявся високою електропровідністю. Така конфігурація збереглася і до нашого часу. Товщина використовуваного матеріалу робить клітину настільки потужною та ефективною, наскільки це необхідно у кожному конкретному випадку. На ці показники впливає співвідношення розміру осередку довжини хвилі зовнішнього поля.

Принцип дії пристрою та її ефект досить простий. При попаданні клітини під дію електричного поля починається рух вільних електронів усередині її металевих конструкцій. Вони починають збиратися разом, утворюючи певну конфігурацію. У протилежних стінках конструкції утворюються різноіменні заряди, під дією яких створюється нове поле з напрямком, протилежним до зовнішнього поля.

Це новостворене поле утворює протидію зовнішнім електромагнітним полям і компенсує їх вплив. В результаті, всередині клітини немає електричних полів або шумів. Іноді клітина фарадея як накопичувач енергії розглядається суто теоретично, оскільки електрика не затримується у конструкції на тривалий термін.

Для перевірки цих фізичних явищпотрібно взяти два електроскопи і помістити один із них усередині, а інший - зовні клітини. Відповідно, перший прилад нічого не покаже, а другий – зафіксує наявність електричних зарядів. Дана перевіркапотрібна, якщо потрібно зробити пристрій своїми руками.

На відміну від електричного, постійне магнітне поле практично безперешкодно проникає усередину клітини. Змінне не може проникнути сюди так само, оскільки воно просто не встигає виникнути через екранування клітиною змінного електричного поля. Отже, клітина Фарадея може захистити від будь-яких зовнішніх впливів – електричних та електромагнітних.

Застосування клітин Фарадея

Принцип роботи клітини є основою конструкції багатьох захисних пристроїв. Наприклад, високочастотні електромагнітні хвилі, залежно від розмірів осередків, частково відбиваються від клітини, а часто просто загасають у товщині металу. Цей ефектвикликає індукування вихрових струмів, які надалі розсіюються та виділяються у вигляді тепла.

Екрануюча функція клітини залежить від товщини металу, глибини поверхневого шару, розмірів комірки та її співвідношення із довжиною зовнішньої хвилі. Різні кабелі екрануються за принципом клітини Фарадея, а в їхній конструкції використовуються матеріали з хорошою провідністю. Для підвищення ефективності таких систем, розміри осередків у них робляться значно меншими за довжину хвилі, від якої захищає екран.

Принцип дії клітини широко використовується в сучасних мікрохвильових печах. Дверцята мікрохвильових печей обладнані металевою сіткою з дрібними осередками, значно меншими, ніж довжина хвилі магнетрону. Майже всі працюють на частоті 2450 МГц, а довжина хвилі трохи перевищує 12 см. Звідси випливає, що сітка, встановлена ​​на дверцятах, легко екранує внутрішнє випромінювання і не випускає його назовні.

Функції інших сторін клітини в мікрохвильовій печі виконує металева камера, де міститься їжа, що розігрівається. Якщо всередину вимкненої печі помістити мобільний телефон, він стане недоступним для мережі, оскільки довжина хвиль GSM більше хвильмагнетрону. Тому вони не можуть подолати захисний ефект мікрохвильового пристрою.

Для робіт з високовольтними лініями електропередач розроблено різні видизахисних металевих костюмів, у яких також використано принцип роботи клітини Фарадея. Матеріалом для них є тонкі волокна з міді або нержавіючої сталі. Ці костюми забезпечують надійний захист, оскільки навіть відключена лінія передачі електроенергії, має велику протяжність, здатна накопичувати статичні заряди, небезпечні життя і здоров'я людей. Металева тканина сріблястого кольору ефективно нейтралізує шкідливий впливелектромагнітних полів будь-яких високовольтних установок

Завдяки таким комплектам, навколо людського тілаутворюється замкнутий екранований простір, через який не можуть проникнути всередину будь-які електричні поля. Для всіх елементів одягу використано матеріали, що проводять електрику. Вони з'єднані між собою каналами підвищеної провідності, а на висновках встановлені електропровідні контакти. За таким захистом струми безпечно стікають та йдуть у землю.

Самостійне виготовлення пристрою

Виготовити клітку Фарадея своїми руками із найбільш підходящих предметів досить просто. Іноді можна заздалегідь розрахувати пристрій під відому довжину хвилі. Це можна зробити вручну або використовувати спеціальний онлайн-калькулятор, до якого вводяться необхідні вихідні дані. Після виконання розрахунку можна вибирати найбільш відповідну конструкцію.

Сам пристрій можна зробити з вже готової клітини. Найголовніше, щоб розміри осередків відповідали розрахунковим даним. За її відсутності підійдуть будь-які предмети, що мають герметичний корпус, а також шар, що проводить, зовні і не проводить всередині. Внутрішню діелектричну частину за її відсутності можна зробити з картону, дерева, паперу та інших аналогічних матеріалів.

В іншому випадку при виготовленні клітини своїми руками береться предмет, виготовлений з діелектрика, який обертається фольгою або іншими матеріалами, що проводять. Захисний ефект у всіх випадках буде той самий.