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

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:

Максен из карбида титана превратил ткань в клетку Фарадея

Внешний вид тканей до (слева) и после (справа) обработки коллоидным раствором максенов

Simge Uzun et al. / Carbon, 2020

Американские материаловеды разработали простой способ получения ткани с защитой от электромагнитного излучения гигагерцового диапазона. Для этого они несколько раз погружали хлопковые и льняные ткани в водный коллоидный раствор двумерного карбида титана. Подобная ткань работает схожим образом, что и клетка Фарадея — она смогла снизить излучение в сто миллионов раз, что превышает на три порядка существующие аналоги тканей с металлизированными включениями. Статья опубликована в журнале

Carbon.

Электромагнитное излучение, согласно Всемирной организации здравоохранения, обладает возможным канцерогенным эффектом для человека — подробнее мы рассказывали об этом в нашем материале «Рак по телефону». К тому же электромагнитное излучение может привести к выводу из строя электрических устройств, что изучают и используют и американские, и российские военные для поражения беспилотных аппаратов и техники противника. Принцип защиты от воздействия электромагнитного излучения изобрел еще Фарадей: от воздействия электромагнитного поля можно экранироваться с помощью проводящей клетки.

Экранировка электромагнитного поля происходит за счет появления индуцированных зарядов на поверхности проводящей оболочки, которые компенсируют электрическое поле (и соответственно магнитное). В итоге напряженность электрического поля в полости равна нулю, что и защищает технику и человека, находящегося внутри. Принцип клетки Фарадея применяют, например, к строительным материалам для постройки зданий со стратегически важными вычислительными системами — четыре года назад американские инженеры разработали проводящий бетон. И если с воздействием на технику понятно как бороться, для человека это не совсем применимо — металлические сетки плохо комбинируются с одеждой.

Существует два подхода: создание проводящих волокон и плетение из них тканей или же модифицирование обычных тканей проводящими материалами. Первый подход пока что не годится по механическим свойствам проводящих материалов. Второй подход более реален — однако существующие проводящие добавки (углеродные материалы, проводящие полимеры или металлические частицы) имеют проблемы со стабильностью и с нанесением на ткани. На помощь приходят двумерные карбиды или нитриды переходных металлов — максены. На поверхности максена на основе карбида титанаTi

3C2Tx находятся разные функциональные группы (кислород, гидроксил, фторид или хлорид), за счет чего она становится гидрофильной, что существенно упрощает их нанесение на ткани.

Группа материаловедов под руководством Юрия Гогоци (Yury Gogotsi) из Университета Дрекселя предложили способ для получения ткани с экранировкой от электромагнитного излучения с помощью погружения ткани в коллоидный раствор максена Ti3C2Tx. Для получения коллоидного раствора максена исследователи обработали порошок Ti3AlC2 смесью соляной и плавиковой кислоты, а затем расслоили карбид титана с помощью хлорида лития. Затем раствор декантировали, несколько раз центрифугировали и подвергли ультразвуковому воздействию для получения однородного раствора. С помощью динамического светорассеяния ученые выяснили, что после ультразвуковой обработки частицы обладают размером в 320 нанометров. А при анализе рентгеновской дифракции пленки из высушенного раствора подтвердилось, что все частицы слоистые и упакованы вдоль кристаллографического направления c.

Схема процесса

Simge Uzun et al. / Carbon, 2020

Внешний вид коллоидного раствора максена

Simge Uzun et al. / Carbon, 2020

Вид частиц максенов (сверху) без ультразвука, (снизу) после ультразвука

Simge Uzun et al. / Carbon, 2020

В качестве обрабатываемых тканей ученые выбрали хлопок и лен. Во время погружения ткани в коллоидный раствор отрицательно заряженные частицы максена прилипали к гидрофильным волокнам ткани и проникали в ее за счет перемешивания. Одно погружение в коллоидный раствор происходило в течение одной минуты. В зависимости от количества погружений загрузка частицами максена изменялась от 2,5 до 18,6 миллиграмм на квадратный сантиметр для хлопка и от 2,2 до 18,3 — для льна. После четырех погружений и высушивания ткани обладали сопротивлением в шесть ом на сантиметр, тогда как после 24 погружений 0,6 и 0,8 ом на сантиметр для хлопка и льна соответственно.

Зависимость степени загрузки тканей частицами и сопротивления от количества циклов погружения в коллоидный раствор

Simge Uzun et al. / Carbon, 2020

В зависимости от загрузки менялась и эффективность экранировки электромагнитного излучения. Необработанные ткани никак не экранируют электромагнитное излучение в диапазоне 8,2-12,4 гигагерц, тогда как после четырех циклов погружения эффективность экранирования (она измеряется в децибелах и равна десятикратному логарифму отношения энергии падающего излучения к энергии пропущенного излучения) уже составила 40 децибел (а значит ткань задержала 99,99 процента излучения). С ростом загрузки росла и эффективность — для 24 циклов погружения она составила 80 децибел (то есть сквозь ткань проходит лишь одна стомиллионная доля излучения).

При сравнении максеновых тканей с существующими аналогами (нержавеющая сталь, медь, серебро или мельхиор) оказалось, что максен защищает от электромагнитного излучения на уровне или лучше остальных примерно в два раза (в зависимости от степени загрузки ткани частицами). Для наглядной демонстрации ученые завернули телефон в максеновую ткань и не смогли до него дозвониться, а значит нужный диапазон длин волн такая ткань в повседневном использовании заметно ослабит.

Эффективность экранировки (слева) хлопковой ткани с максеном, (центр) льняной ткани с максеном, (справа)металлизированных аналогов тканей

Simge Uzun et al. / Carbon, 2020

Ученые исследовали способность обработанной ткани защищать от излучения в течении двух лет — эффективность упала на 10 децибел и составила приблизительно 70 децибел, что все еще выше, чем у коммерческих аналогов. Потерю эффективности материаловеды объясняют окислением тонкого слоя максена, из-за чего повысилось сопротивление ткани. После 45 стирок при 80 градусах Цельсия понижение эффективности происходило лишь на три процента. Проведя анализы с помощью Рамановской спектроскопии, ученые пришли к выводу, что химический состав соединения остался таким же, а потому максеновую ткань можно признать стабильной.

Эффективность экранирования свежей ткани и после двух лет использования

Simge Uzun et al. / Carbon, 2020

Такие изобретения позволят упростить получение защитной одежды для работы в условиях излучения большой мощности. Это одно из ограничений для перехода человечества на повсеместную беспроводную зарядку устройств, подробнее об этом можно прочитать в нашем материале «На зарядку становись».

Артем Моськин

Клетка Фарадея: применение и принцип работы

Великий английский ученый Майкл Фарадей известен всему миру, как первооткрыватель электромагнитной индукции, изобретатель электродвигателя, трансформатора и многих других устройств, не потерявших своей актуальности до настоящего времени. Одно из них, изобретенное еще в середине 19 века, известно, как клетка Фарадея.

Устройство и принцип работы

Данное устройство получило свое название в связи с тем, что для первых экспериментов была использована металлическая клетка, материал которой отличался высокой электропроводностью. Такая конфигурация сохранилась и до настоящего времени. Толщина используемого материала делает клетку настолько мощной и эффективной, насколько это необходимо в каждом конкретном случае. На эти показатели влияет соотношение размера ячейки к длине волны внешнего поля.

Принцип действия устройства и ее эффект довольно простой. При попадании клетки под действие электрического поля, начинается движение свободных электронов внутри ее металлических конструкций. Они начинают собираться вместе, образуя определенную конфигурацию. В противоположных стенках конструкции образуются разноименные заряды, под действием которых создается новое поле с направлением, противоположным внешнему полю.

Это вновь образованное поле образует противодействие внешним электромагнитным полям и компенсирует их влияние. В результате, внутри клетки нет каких-либо электрических полей или шумов. Иногда клетка фарадея как накопитель энергии рассматривается чисто теоретически, поскольку электричество не задерживается в конструкции на длительный срок.

Для проверки этих физических явлений нужно взять два электроскопа и поместить один из них внутри, а другой – снаружи клетки. Соответственно, первый прибор ничего не покажет, а второй – зафиксирует наличие электрических зарядов. Данная проверка необходима, если потребуется сделать устройство своими руками.

В отличие от электрического, постоянное магнитное поле практически беспрепятственно проникает внутрь клетки. Переменное магнитное поле не может проникнуть сюда таким же образом, поскольку оно просто не успевает возникнуть из-за экранирования клеткой переменного электрического поля. Следовательно, клетка Фарадея может защитить от любых внешних воздействий – электрических и электромагнитных.

Применение клетки Фарадея

Принцип работы клетки лежит в основе конструкции многих защитных устройств. Например, высокочастотные электромагнитные волны, в зависимости от размеров ячеек, частично отражаются от клетки, а во многих случаях просто затухают в толщине металла. Данный эффект вызывает индуцирование вихревых токов, которые в дальнейшем рассеиваются и выделяются в виде тепла.

Экранирующая функция клетки зависит от толщины металла, глубины поверхностного слоя, размеров ячейки и ее соотношение с длиной внешней волны. Различные кабели экранируются по принципу клетки Фарадея, а в их конструкции используются материалы с хорошей проводимостью. Для повышения эффективности таких систем, размеры ячеек в них делаются значительно меньше длины волны, от которой защищает экран.

Принцип действия клетки широко используется в современных микроволновых печах. Дверцы микроволновок оборудованы металлической сеткой с мелкими ячейками, значительно меньшими, чем длина волны магнетрона. Практически все микроволновки работают на частоте 2450 МГц, а длина волны немного превышает 12 см. Отсюда следует, что сетка, установленная на дверце, легко экранирует внутреннее излучение и не выпускает его наружу.

Функции остальных сторон клетки в микроволновке выполняет металлическая камера, где помещается разогреваемая пища. Если внутрь выключенной печи поместить мобильный телефон, то он станет недоступен для сети, так как длина волн GSM больше волн магнетрона. Поэтому они и не могут преодолеть защитный эффект микроволнового устройства.

Для работ с высоковольтными линиями электропередачи разработаны различные виды защитных металлических костюмов, в которых также использован принцип работы клетки Фарадея. Материалом для них служат тонкие волокна из меди или нержавеющей стали. Эти костюмы обеспечивают надежную защиту, поскольку даже отключенная линия передачи электроэнергии, имеющая большую протяженность, способна накапливать статические заряды, опасные для жизни и здоровья людей. Металлическая ткань серебристого цвета эффективно нейтрализует вредное воздействие электромагнитных полей любых высоковольтных установок.

Благодаря таким комплектам, вокруг человеческого тела образуется замкнутое экранированное пространство, через которое не могут проникнуть внутрь любые электрические поля. Для всех элементов одежды использованы материалы, проводящие электричество. Они соединены между собой каналами повышенной проводимости, а на выводах установлены электропроводящие контакты. По такой защите токи безопасно стекают и уходят в землю.

Самостоятельное изготовление устройства

Изготовить клетку Фарадея своими руками из наиболее подходящих предметов довольно просто. Иногда можно заранее рассчитать устройство под известную заранее длину волны. Это можно сделать вручную или использовать специальный онлайн-калькулятор, в который вводятся необходимые исходные данные. После выполнения расчета можно выбирать наиболее подходящую конструкцию.

Само устройство возможно сделать из уже готовой клетки. Самое главное, чтобы размеры ячеек соответствовали расчетным данным. При ее отсутствии подойдут любые предметы, имеющие герметичный корпус, а также проводящий слой снаружи и непроводящий внутри. Внутреннюю диэлектрическую часть при ее отсутствии можно сделать из картона, дерева, бумаги и других аналогичных материалов.

В другом случае при изготовлении клетки своими руками берется предмет, изготовленный из диэлектрика, который оборачивается фольгой или другими проводящими материалами. Защитный эффект во всех случаях будет один и тот же.

Владелец бара в Англии установил клетку Фарадея для блокирования сотовой связи в заведении

Он решил вернуть посетителям радость общения друг с другом


Владелец коктейль-бара в Восточном Суссексе несколько лет наблюдал за тем, как его клиенты практически не общаются друг с другом, утыкаясь в дисплей телефона сразу по приходу в заведение. Даже дружные компании превращались в сборище одиночек после того, как из карманов и сумок доставались телефоны.

Стив Тайлер (Steve Tyler), так зовут владельца бара, решил вернуть старые добрые времена. Для этого он установил в стенах и потолке бара металлическую сеть, которая блокирует сигнал сотовой вышки, не давая ему пройти дальше. Сеть надежно блокировала сигнал сотовой сети, так что в баре пользоваться смартфоном или планшетом с 3G модулем стало бессмысленно. Ни поговорить, ни початиться нельзя. По мнению мистера Тайлера, этот шаг позволил посетителям его бара «стать частью реального мира» и вспомнить о других людях.


То, что установил владелец бара, называется клетка Фарадея. Это система, изобретённая английским физиком и химиком Майклом Фарадеем в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно такая система представляет собой заземлённую клетку, выполненную из хорошо проводящего материала.

Защищает она лишь от электрического поля, статическое магнитное поле внутрь клетки проникает. 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.

Клетка, которую создал Тайлер, по его собственным словам не является идеальной. Она состоит из серебряной фольги и медной проволочной сети. И хотя надежность системы не 100%, посетители все же потеряли возможность общаться по телефонам. Вместо этого, как утверждает Тайлер, они начали разговаривать друг с другом.

Такой способ блокирования сигнала сотовых и беспроводных сетей Тайлер выбрал потому, что системы подавления сотовой связи, называемые обычно «глушилками» незаконны. Запрещены они не только в Великобритании, но и США. Не так давно Федеральная комиссия по связи (FCC) наказала жителя штата Флорида, США, который использовал мощную глушилку сотовой связи на дороге. Он прятал устройство под сиденьем своего автомобиля Toyota Highlander.

В этом же году 63-летнего жителя Чикаго осудили и приговорили к штрафу за использование такого устройства в поезде с 2014 года. Ловить его пришлось дольше, чем Хамфриса. А проблема заключалась в том, что владелец глушилки мог глушить не только бытовые разговоры людей, но и звонки в службу спасения и полицию. Подозреваемого обнаружили, когда он заглушил связь на телефоне находящегося рядом сотрудника полиции в штатском.

Можно было бы ожидать, что люди будут жаловаться на владельца бара, где заведомо нельзя использовать телефон. Но нет, единственная жалоба поступила от человека, который заметил, что его телефон работает. И его пересадили за другой столик, где сигнал полностью блокировался. По мнению Тайлера, установка клетки Фарадея не запрещена законом. Это пассивный, а не активный способ подавления сотового сигнала. Слова Тайлера подтверждает представитель компании Ofcom: «В отличие от глушителей, клетка Фарадея пассивна, хотя и влияет на прием сигнала».

«Мобильные телефоны стали частью нашей жизни, и если мы идем в бар, клуб или другое место, мы часто берем с собой сотовые. Но телефоны — асоциальный фактор», — говорит Стив Тайлер.

На столиках установлены ретро-телефоны, по которым клиенты могут сделать заказ или пообщаться с другими клиентами заведения.

Борцы с 5G покупают клетки Фарадея для беспроводных маршрутизаторов и удивляются, когда сигнал ухудшается

В США появились мошенники, которые зарабатывают на людях, верящих в теории заговора, связанные с вышками связи 5G. Предприимчивые пользователи Amazon продают клетки Фарадея для роутеров, которые якобы защитят покупателей от «вредного излучения».

Клетка Фарадея представляет собой металлическую коробку, которая блокирует радиоволновое излучение. На Amazon клетки Фарадея можно приобрести по цене от $70 до $190. Продавцы позиционируют их как полезные для здоровья устройства, которые защитят покупателей от «вредного излучения» интернет-маршрутизаторов.

Металлическая коробка, в которую покупатели помещали свой Wi-Fi роутер, практически полностью блокировала интернет-сигнал. Это вызвало множество жалоб недовольных пользователей Amazon, которые сообщали о снижении скорости интернета.

В то же время в некоторых отзывах пользователи указывали, что «защитные экраны» вообще не работают, и интернет-соединение осталось на прежнем уровне.

Это, вероятно, происходило из-за плохо спроектированных клеток, часть которых представляет собой, по всей видимости, просто ящики для хранения документов.

При этом продавцы призывают покупателей остерегаться «дешевых подделок» и хвастаются «оригинальной конструкцией» и «производством США».

Подобные товары продаются на Amazon уже несколько лет, пишет The Verge, однако на прошлой неделе их популярность возросла, что связано, вероятно, с заговорами о сотовых сетях 5G, которые работают с использованием тех же участков электромагнитного спектра, что и маршрутизаторы Wi-Fi. 

Беспроводные технологии, которые распространены сегодня, будь то AM/FM-радио, LTE, 5G, Bluetooth, Wi-Fi и ИК-пульты дистанционного управления, основаны на передаче и приеме сигналов, транслируемых в некоторой части электромагнитного спектра. Wi-Fi, а также интернет 5G и все вышеупомянутые формы беспроводной связи принципиально схожи по принципу работы и представляют собой форму неионизирующего излучения. Это означает, что у излучения недостаточно энергии для удаления каких-либо электронов от атомов и разрушения клеток, и оно не представляет никакой опасности для здоровья. 

Тем не менее, сети 5G окружены множеством конспирологических теорий. В частности, в апреле по Великобритании прокатилась серия поджогов вышек сетей 5G после того, как сторонники теории заговора связали их появление с распространением коронавируса. Тогда же британские инженеры в сфере телекоммуникаций жаловались на угрозы от сторонников теорий заговора. Было зафиксировано около 120 случаев угроз или нападений на телеком-инженеров. Вскоре атаки произошли и на вышки 5G в Нидерландах. Там неизвестные подожгли объекты связи в Роттердаме, Лисселе, Бисде и Нюнене.

В конце апреля рядом с селением Ногир в Северной Осетии местные жители сожгли вышку телефонной связи МТС, заявив, что они против возможного ввода сетей пятого поколения. Некоторые из местных жителей утверждают, что коронавирусной инфекции не существует, и она выдумана для дальнейшего распространения сети 5G с целью облучения и чипирования людей.

В декабре вандализму подверглись пять вышек сотовой связи в Теннесси. Вандализм, по мнению властей, связан с теориями заговора COVID-19. На ремонт и техобслуживание поврежденных вышек потребуется $1,3 млн. 

Теории заговора, связывающие технологию 5G с COVID-19, стали настолько распространенными, что канадские спецслужбы предупредили о возможных экстремистских атаках на сайты, связанные с беспроводной сетью. В отчете Канадской службы безопасности и разведки предполагается, что «идеологически мотивированные» экстремисты могут атаковать сайты 5G.

Обзор сумки Velter с клеткой Фарадея: блокирует все сигналы гаджетов

Никогда бы я не подумал, что мне понадобится чехол для телефона Velter или сумка, которая блокирует сигналы. Вроде бы, наоборот, всегда думаешь о том, чтобы связь была быстрее и мощнее. Но поразмыслив, я понял, что даже в моей жизни случались ситуации, когда хотелось полностью выключиться из мобильной жизни и быть уверенным, что тебя никто не слышит и не может найти. Конечно, можно придумать массу шпионских кейсов, когда пригодится такая сумка.


Но я могу сходу вспомнить один распространённый случай. Чехол Velter с защитой от несанкционированного доступа очень пригодится для ключей автомобиля, чтобы никто не смог считать его сигнал и угнать авто. Или, хотя для этого у Velter есть специальные аксессуары, положить в сумку карту с NFC и никто в метро не приложит к ней терминал и не спишет деньги. В общем, после небольшого размышления я понял, что такая сумка весьма и весьма полезна. Посмотрим на неё повнимательнее. Особенно приятно, что компания Velter наша, из России, резидент «Сколково».

Обзор сумки Velter с клеткой Фарадея: блокирует все сигналы гаджетов.

Внешний вид сумки Velter

Сумка поставляется в коробке, на которой написано, от каких сигналов она защищает. Экологичный картон, внутри тоже никакого пластика, всё в стиле 2021 года.

Визуально вы никогда не поймёте, что эта сумка особенная. Да, она выглядит как какая-то карбоновая ткань, чёрная с интересным плетением. Но ничего выдающегося снаружи тут нет. Просто сумка на пояс или на плечо, с похожими ходит половина населения. Разве что сделана она из нейлона Cordura, который явно выделяется на фоне изделий из Китая.

Ну и конечно, некоторые нюансы выдают в сумке Velter премиальность. Тут и качественный ремешок, и хорошая фурнитура, и молния с защитой от влаги. В общем, смотрится сумка стильно, ничего не скажешь.

Внутри у неё один секретный кармашек, в который можно положить карточки, например. Ведь у него есть защита от RFID-считывания. Это значит, что никто не сможет просканировать ваши карты и снять с них деньги. Кроме того тут есть отстёгивающийся на липучке чехол для смартфона. Именно после того как вы положите смартфон в этот чехол, он перестанет ловить любую связь. Но об этом попозже.

Внутри сумка сделана из оранжевого текстиля, очень приятного наощупь. Больше никаких особенностей у сумки Velter я не нашёл. В принципе, для вещей, которые защищают тебя от внешней связи, важен главный принцип: чем проще – тем лучше. 

Размеры сумки составляют 16х35 см, а размеры чехла 19х10 см, так что в него вместится любой современный смартфон, а то и парочка, а также ключи от автомобиля.

  

Из чего сделана и как работает сумка Velter

Чисто технически, от сигналов GPS / Глонасс / GSM / 3G / 4G / Wi-Fi / BT / NFC защищает не сама сумка, а чехол внутри неё. Если просто положить телефон в сумку, то на него реально дозвониться, я проверял. А вот если упаковать его в чехол, то всё, абонент временно недоступен. 

Работает всё это очень и очень просто. Чехол сделан из влагостойкого полиэстера с встроенной клеткой Фарадея. По сути, клетка Фарадея – это переплетение металлических нитей, которые блокируют сигнал. Изобретение не новое, но в быту я встречаю такое решение впервые.

Работает всё идеально. Положил смартфон в чехол, закрыл и всё. Тебя невозможно найти, дозвониться, никак вообще. Это надёжнее чем авиарежим. Так что, если беспокоитесь о том, что по гаджетам вас можно вычислить, смело покупайте и пользуйтесь.

  

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.

 

Что такое клетка Фарадея?

Клетка Фарадея представляет собой защитный кожух, который предотвращает проникновение и выход определенных типов электромагнитного излучения , согласно Лаборатории магнитного поля Университета штата Флорида . Клетка, впервые изобретенная в 19 веке, имеет ряд практических применений, а также несколько забавных применений.

Мы довольно регулярно используем клетки Фарадея в таких местах, как больницы и даже на вашей кухне. Некоторые клетки Фарадея лучше других, но все они работают по одним и тем же принципам.

Вот что такое клетка Фарадея, как она работает и как мы используем ее в повседневной жизни.

Похожие: Кто изобрел лампочку?

Как работает клетка Фарадея?

Клетка Фарадея, по сути, является контейнером или экраном, который блокирует электромагнитное излучение со всего электромагнитного спектра, например радиоволн и микроволн , по данным Университета штата Флорида.

Он работает по тому принципу, что когда электромагнитное поле сталкивается с чем-то, что может проводить электричество, заряды остаются снаружи проводника, а не перемещаются внутри.

В более практическом смысле это означает, что клетка, изготовленная из материала, который может проводить электричество, будет препятствовать прохождению определенного электромагнитного излучения. Это относится как к постоянным, или статическим , электрическим полям, так и к переменным, или нестатическим, электрическим полям.

Кто изобрел клетку Фарадея?

Майкл Фарадей изобрел клетку Фарадея в 1836 году. (Изображение предоставлено Getty Images) Американский ученый Бенджамин Франклин в прошлом веке.

В 1755 году Франклин понял, что когда он опускал пробковый шарик на шелковой нити в металлическую банку, через которую проходил электрический заряд, пробковый шарик не электризовался при опускании на дно банки, согласно Национальный архив .

Позднее, в январе 1836 года, Фарадей перешел в театр Королевского института в Лондоне, где он работал в подвале, как сообщает The Guardian. Внутри театра он построил 12-футовый куб с деревянным каркасом на четырех стеклянных опорах.Бумажные стенки куба он обклеил металлической фольгой. А затем, по-видимому, он вошел внутрь, использовал электростатический генератор, чтобы взорвать комнату электричеством, и почти прожил там два дня. Внутри коробки Фарадей обнаружил то, о чем он подозревал все это время: электричество — это сила, а не материальная жидкость, которая течет по проводам, как вода по трубе, как считалось в то время, сообщает Королевский институт.

Внутри «клетки» электроскоп Фарадея не обнаружил электричества; По данным Университета штата Флорида, только металлическая фольга, окружающая комнату, проводила электричество, что демонстрирует концепцию клетки Фарадея.

Из чего сделаны клетки Фарадея?

Клетка Фарадея может быть изготовлена ​​из любого материала, проводящего электричество. Это может быть проволочная сетка, металлические листы или мотки проволоки.

Они могут быть любой формы, например, в виде коробки, сферы или цилиндра, и любого размера, от очень маленького до очень большого. По данным Университета штата Флорида, что-то такое простое, как алюминиевая фольга , может обеспечить внешний вид клетки.

Внешнее покрытие, или проводник, может быть очень тонким, как фольга, но его утолщение обеспечит дополнительную защиту от более мощных электрических полей.

Какие есть примеры клеток Фарадея?

Клетки Фарадея могут быть как сложными, так и чрезвычайно простыми; они могут варьироваться от размера обувной коробки до целого здания. Оберните свой телефон пластиком, а затем окружите его, например, алюминиевой фольгой, и это импровизированная клетка Фарадея.

Если у вас на кухне есть микроволновая печь, она сама по себе является своего рода клеткой Фарадея, которая удерживает микроволны внутри машины, чтобы они нагревали вашу пищу и не выходили наружу, согласно журналу Physics Education .

В более широком масштабе сканеры магнитно-резонансной томографии (МРТ) в медицинских учреждениях используют клетки Фарадея для предотвращения проникновения радиосигналов в комнату и помех для оборудования, что, согласно производителям сканеров МРТ EEP .

Является ли автомобиль клеткой Фарадея?

Вроде. Если молния ударит в ваш автомобиль, внешний вид автомобиля, скорее всего, защитит вас от связанных с этим электрических зарядов, поскольку его внешний вид может проводить электричество.

Резиновые шины автомобиля позволяют электричеству от удара молнии проходить в землю, снимая заряд с автомобиля, согласно Encyclopedia Britannica .

Автомобили, однако, не являются идеальными примерами клеток Фарадея. Если во время удара молнии вы касались какого-либо металла, соединенного с внешней частью автомобиля, последствия могут быть чрезвычайно опасными. Вы также можете получать сигнал на свой телефон, например, находясь в машине, что означает, что некоторое электромагнитное излучение может проникать внутрь и наружу.

Клетка Фарадея может защитить от удара молнии или чего-то похуже — вроде ЭМИ или солнечной вспышки. (Изображение предоставлено Getty Images)

Нужно ли заземлять клетку Фарадея?

Заземление клетки Фарадея, то есть обеспечение выхода электрического заряда снаружи, важно с точки зрения безопасности, но для работы клетки Фарадея это не обязательно.

Без заземления электрический заряд останется снаружи клетки Фарадея. Если бы вы коснулись его, это могло бы позволить заряду пройти в вас, что было бы очень опасно.

Заземление клетки обеспечивает выход заряда. Это может быть провод для снятия заряда или что-то столь же простое, как шины на автомобиле, подключенном к дороге.

Являются ли клетки Фарадея незаконными?

Не совсем так. По большей части они хороши, и их можно увидеть в самых разных условиях, как мы объясняли ранее.

Однако в некоторых странах, таких как Великобритания, запрещено использование глушителей для блокирования сигналов, например, с телефона. Хотя клетки Фарадея технически законны, их использование в таком сценарии может быть сомнительным, согласно Office of Communications (Ofcom) Великобритании .

В 2016 году, например, бар в Великобритании использовал клетку Фарадея, чтобы блокировать сигналы мобильных телефонов, чтобы клиенты не могли смотреть в свои телефоны; они создали клетку Фарадея, установив сетку из медной проволоки в потолок бара и металлическую фольгу в стены, сообщает NPR.

Блокируют ли клетки Фарадея Wi-Fi?

Да, если вы окружите свой интернет-роутер клеткой Фарадея, он больше не сможет передавать электромагнитное излучение наружу, блокируя ваш доступ в интернет, согласно Popular Mechanics .

Хотя это может быть интересным экспериментом, нет никаких практических причин для этого — если, как в случае с определенным баром, вы просто не хотите, чтобы люди в вашем доме перестали пользоваться своими телефонами.

Связанный: Сеть 5G: как это работает и опасно ли это?

Защитит ли клетка Фарадея от ЭМИ?

Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это оружие, предназначенное для нейтрализации электронного оборудования путем использования мощного электрического поля для создания коротких замыканий в таком оборудовании, согласно Департамента здравоохранения штата Вашингтон .

Клетка Фарадея могла бы предотвратить такое нападение. Однако, учитывая силу электрического поля, связанного с ЭМИ, такая клетка должна быть как можно более водонепроницаемой, с толстыми проводящими стенками и без отверстий, которые могут пропустить внутрь заряд.

В то время как ЭМИ могут быть результатом действия оружия, естественные явления, такие как солнечные вспышки на нашем Солнце, также могут генерировать их, что делает клетки Фарадея потенциально полезным инструментом для защиты нас от таких явлений.

Дополнительные ресурсы

Что такое клетка Фарадея?

Клетка Фарадея представляет собой защитный кожух, который предотвращает проникновение и выход определенных типов электромагнитного излучения , согласно Лаборатории магнитного поля Университета штата Флорида .Клетка, впервые изобретенная в 19 веке, имеет ряд практических применений, а также несколько забавных применений.

Мы довольно регулярно используем клетки Фарадея в таких местах, как больницы и даже на вашей кухне. Некоторые клетки Фарадея лучше других, но все они работают по одним и тем же принципам.

Вот что такое клетка Фарадея, как она работает и как мы используем ее в повседневной жизни.

Похожие: Кто изобрел лампочку?

Как работает клетка Фарадея?

Клетка Фарадея, по сути, является контейнером или экраном, который блокирует электромагнитное излучение со всего электромагнитного спектра, например радиоволн и микроволн , по данным Университета штата Флорида.

Он работает по тому принципу, что когда электромагнитное поле сталкивается с чем-то, что может проводить электричество, заряды остаются снаружи проводника, а не перемещаются внутри.

В более практическом смысле это означает, что клетка, изготовленная из материала, который может проводить электричество, будет препятствовать прохождению определенного электромагнитного излучения. Это относится как к постоянным, или статическим , электрическим полям, так и к переменным, или нестатическим, электрическим полям.

Кто изобрел клетку Фарадея?

Майкл Фарадей изобрел клетку Фарадея в 1836 году. (Изображение предоставлено Getty Images) Американский ученый Бенджамин Франклин в прошлом веке.

В 1755 году Франклин понял, что когда он опускал пробковый шарик на шелковой нити в металлическую банку, через которую проходил электрический заряд, пробковый шарик не электризовался при опускании на дно банки, согласно Национальный архив .

Позднее, в январе 1836 года, Фарадей перешел в театр Королевского института в Лондоне, где он работал в подвале, как сообщает The Guardian. Внутри театра он построил 12-футовый куб с деревянным каркасом на четырех стеклянных опорах. Бумажные стенки куба он обклеил металлической фольгой. А затем, по-видимому, он вошел внутрь, использовал электростатический генератор, чтобы взорвать комнату электричеством, и почти прожил там два дня. Внутри коробки Фарадей обнаружил то, о чем он подозревал все это время: электричество — это сила, а не материальная жидкость, которая течет по проводам, как вода по трубе, как считалось в то время, сообщает Королевский институт.

Внутри «клетки» электроскоп Фарадея не обнаружил электричества; По данным Университета штата Флорида, только металлическая фольга, окружающая комнату, проводила электричество, что демонстрирует концепцию клетки Фарадея.

Из чего сделаны клетки Фарадея?

Клетка Фарадея может быть изготовлена ​​из любого материала, проводящего электричество. Это может быть проволочная сетка, металлические листы или мотки проволоки.

Они могут быть любой формы, например, в виде коробки, сферы или цилиндра, и любого размера, от очень маленького до очень большого.По данным Университета штата Флорида, что-то такое простое, как алюминиевая фольга , может обеспечить внешний вид клетки.

Внешнее покрытие, или проводник, может быть очень тонким, как фольга, но его утолщение обеспечит дополнительную защиту от более мощных электрических полей.

Какие есть примеры клеток Фарадея?

Клетки Фарадея могут быть как сложными, так и чрезвычайно простыми; они могут варьироваться от размера обувной коробки до целого здания. Оберните свой телефон пластиком, а затем окружите его, например, алюминиевой фольгой, и это импровизированная клетка Фарадея.

Если у вас на кухне есть микроволновая печь, она сама по себе является своего рода клеткой Фарадея, которая удерживает микроволны внутри машины, чтобы они нагревали вашу пищу и не выходили наружу, согласно журналу Physics Education .

В более широком масштабе сканеры магнитно-резонансной томографии (МРТ) в медицинских учреждениях используют клетки Фарадея для предотвращения проникновения радиосигналов в комнату и помех для оборудования, что, согласно производителям сканеров МРТ EEP .

Является ли автомобиль клеткой Фарадея?

Вроде. Если молния ударит в ваш автомобиль, внешний вид автомобиля, скорее всего, защитит вас от связанных с этим электрических зарядов, поскольку его внешний вид может проводить электричество.

Резиновые шины автомобиля позволяют электричеству от удара молнии проходить в землю, снимая заряд с автомобиля, согласно Encyclopedia Britannica .

Автомобили, однако, не являются идеальными примерами клеток Фарадея. Если во время удара молнии вы касались какого-либо металла, соединенного с внешней частью автомобиля, последствия могут быть чрезвычайно опасными.Вы также можете получать сигнал на свой телефон, например, находясь в машине, что означает, что некоторое электромагнитное излучение может проникать внутрь и наружу.

Клетка Фарадея может защитить от удара молнии или чего-то похуже — вроде ЭМИ или солнечной вспышки. (Изображение предоставлено Getty Images)

Нужно ли заземлять клетку Фарадея?

Заземление клетки Фарадея, то есть обеспечение выхода электрического заряда снаружи, важно с точки зрения безопасности, но для работы клетки Фарадея это не обязательно.

Без заземления электрический заряд останется снаружи клетки Фарадея. Если бы вы коснулись его, это могло бы позволить заряду пройти в вас, что было бы очень опасно.

Заземление клетки обеспечивает выход заряда. Это может быть провод для снятия заряда или что-то столь же простое, как шины на автомобиле, подключенном к дороге.

Являются ли клетки Фарадея незаконными?

Не совсем так. По большей части они хороши, и их можно увидеть в самых разных условиях, как мы объясняли ранее.

Однако в некоторых странах, таких как Великобритания, запрещено использование глушителей для блокирования сигналов, например, с телефона. Хотя клетки Фарадея технически законны, их использование в таком сценарии может быть сомнительным, согласно Office of Communications (Ofcom) Великобритании .

В 2016 году, например, бар в Великобритании использовал клетку Фарадея, чтобы блокировать сигналы мобильных телефонов, чтобы клиенты не могли смотреть в свои телефоны; они создали клетку Фарадея, установив сетку из медной проволоки в потолок бара и металлическую фольгу в стены, сообщает NPR.

Блокируют ли клетки Фарадея Wi-Fi?

Да, если вы окружите свой интернет-роутер клеткой Фарадея, он больше не сможет передавать электромагнитное излучение наружу, блокируя ваш доступ в интернет, согласно Popular Mechanics .

Хотя это может быть интересным экспериментом, нет никаких практических причин для этого — если, как в случае с определенным баром, вы просто не хотите, чтобы люди в вашем доме перестали пользоваться своими телефонами.

Связанный: Сеть 5G: как это работает и опасно ли это?

Защитит ли клетка Фарадея от ЭМИ?

Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это оружие, предназначенное для нейтрализации электронного оборудования путем использования мощного электрического поля для создания коротких замыканий в таком оборудовании, согласно Департамента здравоохранения штата Вашингтон .

Клетка Фарадея могла бы предотвратить такое нападение. Однако, учитывая силу электрического поля, связанного с ЭМИ, такая клетка должна быть как можно более водонепроницаемой, с толстыми проводящими стенками и без отверстий, которые могут пропустить внутрь заряд.

В то время как ЭМИ могут быть результатом действия оружия, естественные явления, такие как солнечные вспышки на нашем Солнце, также могут генерировать их, что делает клетки Фарадея потенциально полезным инструментом для защиты нас от таких явлений.

Дополнительные ресурсы

Что такое клетка Фарадея?

Клетка Фарадея представляет собой защитный кожух, который предотвращает проникновение и выход определенных типов электромагнитного излучения , согласно Лаборатории магнитного поля Университета штата Флорида .Клетка, впервые изобретенная в 19 веке, имеет ряд практических применений, а также несколько забавных применений.

Мы довольно регулярно используем клетки Фарадея в таких местах, как больницы и даже на вашей кухне. Некоторые клетки Фарадея лучше других, но все они работают по одним и тем же принципам.

Вот что такое клетка Фарадея, как она работает и как мы используем ее в повседневной жизни.

Похожие: Кто изобрел лампочку?

Как работает клетка Фарадея?

Клетка Фарадея, по сути, является контейнером или экраном, который блокирует электромагнитное излучение со всего электромагнитного спектра, например радиоволн и микроволн , по данным Университета штата Флорида.

Он работает по тому принципу, что когда электромагнитное поле сталкивается с чем-то, что может проводить электричество, заряды остаются снаружи проводника, а не перемещаются внутри.

В более практическом смысле это означает, что клетка, изготовленная из материала, который может проводить электричество, будет препятствовать прохождению определенного электромагнитного излучения. Это относится как к постоянным, или статическим , электрическим полям, так и к переменным, или нестатическим, электрическим полям.

Кто изобрел клетку Фарадея?

Майкл Фарадей изобрел клетку Фарадея в 1836 году. (Изображение предоставлено Getty Images) Американский ученый Бенджамин Франклин в прошлом веке.

В 1755 году Франклин понял, что когда он опускал пробковый шарик на шелковой нити в металлическую банку, через которую проходил электрический заряд, пробковый шарик не электризовался при опускании на дно банки, согласно Национальный архив .

Позднее, в январе 1836 года, Фарадей перешел в театр Королевского института в Лондоне, где он работал в подвале, как сообщает The Guardian. Внутри театра он построил 12-футовый куб с деревянным каркасом на четырех стеклянных опорах. Бумажные стенки куба он обклеил металлической фольгой. А затем, по-видимому, он вошел внутрь, использовал электростатический генератор, чтобы взорвать комнату электричеством, и почти прожил там два дня. Внутри коробки Фарадей обнаружил то, о чем он подозревал все это время: электричество — это сила, а не материальная жидкость, которая течет по проводам, как вода по трубе, как считалось в то время, сообщает Королевский институт.

Внутри «клетки» электроскоп Фарадея не обнаружил электричества; По данным Университета штата Флорида, только металлическая фольга, окружающая комнату, проводила электричество, что демонстрирует концепцию клетки Фарадея.

Из чего сделаны клетки Фарадея?

Клетка Фарадея может быть изготовлена ​​из любого материала, проводящего электричество. Это может быть проволочная сетка, металлические листы или мотки проволоки.

Они могут быть любой формы, например, в виде коробки, сферы или цилиндра, и любого размера, от очень маленького до очень большого.По данным Университета штата Флорида, что-то такое простое, как алюминиевая фольга , может обеспечить внешний вид клетки.

Внешнее покрытие, или проводник, может быть очень тонким, как фольга, но его утолщение обеспечит дополнительную защиту от более мощных электрических полей.

Какие есть примеры клеток Фарадея?

Клетки Фарадея могут быть как сложными, так и чрезвычайно простыми; они могут варьироваться от размера обувной коробки до целого здания. Оберните свой телефон пластиком, а затем окружите его, например, алюминиевой фольгой, и это импровизированная клетка Фарадея.

Если у вас на кухне есть микроволновая печь, она сама по себе является своего рода клеткой Фарадея, которая удерживает микроволны внутри машины, чтобы они нагревали вашу пищу и не выходили наружу, согласно журналу Physics Education .

В более широком масштабе сканеры магнитно-резонансной томографии (МРТ) в медицинских учреждениях используют клетки Фарадея для предотвращения проникновения радиосигналов в комнату и помех для оборудования, что, согласно производителям сканеров МРТ EEP .

Является ли автомобиль клеткой Фарадея?

Вроде. Если молния ударит в ваш автомобиль, внешний вид автомобиля, скорее всего, защитит вас от связанных с этим электрических зарядов, поскольку его внешний вид может проводить электричество.

Резиновые шины автомобиля позволяют электричеству от удара молнии проходить в землю, снимая заряд с автомобиля, согласно Encyclopedia Britannica .

Автомобили, однако, не являются идеальными примерами клеток Фарадея. Если во время удара молнии вы касались какого-либо металла, соединенного с внешней частью автомобиля, последствия могут быть чрезвычайно опасными.Вы также можете получать сигнал на свой телефон, например, находясь в машине, что означает, что некоторое электромагнитное излучение может проникать внутрь и наружу.

Клетка Фарадея может защитить от удара молнии или чего-то похуже — вроде ЭМИ или солнечной вспышки. (Изображение предоставлено Getty Images)

Нужно ли заземлять клетку Фарадея?

Заземление клетки Фарадея, то есть обеспечение выхода электрического заряда снаружи, важно с точки зрения безопасности, но для работы клетки Фарадея это не обязательно.

Без заземления электрический заряд останется снаружи клетки Фарадея. Если бы вы коснулись его, это могло бы позволить заряду пройти в вас, что было бы очень опасно.

Заземление клетки обеспечивает выход заряда. Это может быть провод для снятия заряда или что-то столь же простое, как шины на автомобиле, подключенном к дороге.

Являются ли клетки Фарадея незаконными?

Не совсем так. По большей части они хороши, и их можно увидеть в самых разных условиях, как мы объясняли ранее.

Однако в некоторых странах, таких как Великобритания, запрещено использование глушителей для блокирования сигналов, например, с телефона. Хотя клетки Фарадея технически законны, их использование в таком сценарии может быть сомнительным, согласно Office of Communications (Ofcom) Великобритании .

В 2016 году, например, бар в Великобритании использовал клетку Фарадея, чтобы блокировать сигналы мобильных телефонов, чтобы клиенты не могли смотреть в свои телефоны; они создали клетку Фарадея, установив сетку из медной проволоки в потолок бара и металлическую фольгу в стены, сообщает NPR.

Блокируют ли клетки Фарадея Wi-Fi?

Да, если вы окружите свой интернет-роутер клеткой Фарадея, он больше не сможет передавать электромагнитное излучение наружу, блокируя ваш доступ в интернет, согласно Popular Mechanics .

Хотя это может быть интересным экспериментом, нет никаких практических причин для этого — если, как в случае с определенным баром, вы просто не хотите, чтобы люди в вашем доме перестали пользоваться своими телефонами.

Связанный: Сеть 5G: как это работает и опасно ли это?

Защитит ли клетка Фарадея от ЭМИ?

Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это оружие, предназначенное для нейтрализации электронного оборудования путем использования мощного электрического поля для создания коротких замыканий в таком оборудовании, согласно Департамента здравоохранения штата Вашингтон .

Клетка Фарадея могла бы предотвратить такое нападение. Однако, учитывая силу электрического поля, связанного с ЭМИ, такая клетка должна быть как можно более водонепроницаемой, с толстыми проводящими стенками и без отверстий, которые могут пропустить внутрь заряд.

В то время как ЭМИ могут быть результатом действия оружия, естественные явления, такие как солнечные вспышки на нашем Солнце, также могут генерировать их, что делает клетки Фарадея потенциально полезным инструментом для защиты нас от таких явлений.

Дополнительные ресурсы

Что такое клетка Фарадея?

Клетка Фарадея представляет собой защитный кожух, который предотвращает проникновение и выход определенных типов электромагнитного излучения , согласно Лаборатории магнитного поля Университета штата Флорида .Клетка, впервые изобретенная в 19 веке, имеет ряд практических применений, а также несколько забавных применений.

Мы довольно регулярно используем клетки Фарадея в таких местах, как больницы и даже на вашей кухне. Некоторые клетки Фарадея лучше других, но все они работают по одним и тем же принципам.

Вот что такое клетка Фарадея, как она работает и как мы используем ее в повседневной жизни.

Похожие: Кто изобрел лампочку?

Как работает клетка Фарадея?

Клетка Фарадея, по сути, является контейнером или экраном, который блокирует электромагнитное излучение со всего электромагнитного спектра, например радиоволн и микроволн , по данным Университета штата Флорида.

Он работает по тому принципу, что когда электромагнитное поле сталкивается с чем-то, что может проводить электричество, заряды остаются снаружи проводника, а не перемещаются внутри.

В более практическом смысле это означает, что клетка, изготовленная из материала, который может проводить электричество, будет препятствовать прохождению определенного электромагнитного излучения. Это относится как к постоянным, или статическим , электрическим полям, так и к переменным, или нестатическим, электрическим полям.

Кто изобрел клетку Фарадея?

Майкл Фарадей изобрел клетку Фарадея в 1836 году. (Изображение предоставлено Getty Images) Американский ученый Бенджамин Франклин в прошлом веке.

В 1755 году Франклин понял, что когда он опускал пробковый шарик на шелковой нити в металлическую банку, через которую проходил электрический заряд, пробковый шарик не электризовался при опускании на дно банки, согласно Национальный архив .

Позднее, в январе 1836 года, Фарадей перешел в театр Королевского института в Лондоне, где он работал в подвале, как сообщает The Guardian. Внутри театра он построил 12-футовый куб с деревянным каркасом на четырех стеклянных опорах. Бумажные стенки куба он обклеил металлической фольгой. А затем, по-видимому, он вошел внутрь, использовал электростатический генератор, чтобы взорвать комнату электричеством, и почти прожил там два дня. Внутри коробки Фарадей обнаружил то, о чем он подозревал все это время: электричество — это сила, а не материальная жидкость, которая течет по проводам, как вода по трубе, как считалось в то время, сообщает Королевский институт.

Внутри «клетки» электроскоп Фарадея не обнаружил электричества; По данным Университета штата Флорида, только металлическая фольга, окружающая комнату, проводила электричество, что демонстрирует концепцию клетки Фарадея.

Из чего сделаны клетки Фарадея?

Клетка Фарадея может быть изготовлена ​​из любого материала, проводящего электричество. Это может быть проволочная сетка, металлические листы или мотки проволоки.

Они могут быть любой формы, например, в виде коробки, сферы или цилиндра, и любого размера, от очень маленького до очень большого.По данным Университета штата Флорида, что-то такое простое, как алюминиевая фольга , может обеспечить внешний вид клетки.

Внешнее покрытие, или проводник, может быть очень тонким, как фольга, но его утолщение обеспечит дополнительную защиту от более мощных электрических полей.

Какие есть примеры клеток Фарадея?

Клетки Фарадея могут быть как сложными, так и чрезвычайно простыми; они могут варьироваться от размера обувной коробки до целого здания. Оберните свой телефон пластиком, а затем окружите его, например, алюминиевой фольгой, и это импровизированная клетка Фарадея.

Если у вас на кухне есть микроволновая печь, она сама по себе является своего рода клеткой Фарадея, которая удерживает микроволны внутри машины, чтобы они нагревали вашу пищу и не выходили наружу, согласно журналу Physics Education .

В более широком масштабе сканеры магнитно-резонансной томографии (МРТ) в медицинских учреждениях используют клетки Фарадея для предотвращения проникновения радиосигналов в комнату и помех для оборудования, что, согласно производителям сканеров МРТ EEP .

Является ли автомобиль клеткой Фарадея?

Вроде. Если молния ударит в ваш автомобиль, внешний вид автомобиля, скорее всего, защитит вас от связанных с этим электрических зарядов, поскольку его внешний вид может проводить электричество.

Резиновые шины автомобиля позволяют электричеству от удара молнии проходить в землю, снимая заряд с автомобиля, согласно Encyclopedia Britannica .

Автомобили, однако, не являются идеальными примерами клеток Фарадея. Если во время удара молнии вы касались какого-либо металла, соединенного с внешней частью автомобиля, последствия могут быть чрезвычайно опасными.Вы также можете получать сигнал на свой телефон, например, находясь в машине, что означает, что некоторое электромагнитное излучение может проникать внутрь и наружу.

Клетка Фарадея может защитить от удара молнии или чего-то похуже — вроде ЭМИ или солнечной вспышки. (Изображение предоставлено Getty Images)

Нужно ли заземлять клетку Фарадея?

Заземление клетки Фарадея, то есть обеспечение выхода электрического заряда снаружи, важно с точки зрения безопасности, но для работы клетки Фарадея это не обязательно.

Без заземления электрический заряд останется снаружи клетки Фарадея. Если бы вы коснулись его, это могло бы позволить заряду пройти в вас, что было бы очень опасно.

Заземление клетки обеспечивает выход заряда. Это может быть провод для снятия заряда или что-то столь же простое, как шины на автомобиле, подключенном к дороге.

Являются ли клетки Фарадея незаконными?

Не совсем так. По большей части они хороши, и их можно увидеть в самых разных условиях, как мы объясняли ранее.

Однако в некоторых странах, таких как Великобритания, запрещено использование глушителей для блокирования сигналов, например, с телефона. Хотя клетки Фарадея технически законны, их использование в таком сценарии может быть сомнительным, согласно Office of Communications (Ofcom) Великобритании .

В 2016 году, например, бар в Великобритании использовал клетку Фарадея, чтобы блокировать сигналы мобильных телефонов, чтобы клиенты не могли смотреть в свои телефоны; они создали клетку Фарадея, установив сетку из медной проволоки в потолок бара и металлическую фольгу в стены, сообщает NPR.

Блокируют ли клетки Фарадея Wi-Fi?

Да, если вы окружите свой интернет-роутер клеткой Фарадея, он больше не сможет передавать электромагнитное излучение наружу, блокируя ваш доступ в интернет, согласно Popular Mechanics .

Хотя это может быть интересным экспериментом, нет никаких практических причин для этого — если, как в случае с определенным баром, вы просто не хотите, чтобы люди в вашем доме перестали пользоваться своими телефонами.

Связанный: Сеть 5G: как это работает и опасно ли это?

Защитит ли клетка Фарадея от ЭМИ?

Электромагнитный импульс (ЭМИ) — это оружие, предназначенное для нейтрализации электронного оборудования путем использования мощного электрического поля для создания коротких замыканий в таком оборудовании, согласно Департамента здравоохранения штата Вашингтон .

Клетка Фарадея могла бы предотвратить такое нападение. Однако, учитывая силу электрического поля, связанного с ЭМИ, такая клетка должна быть как можно более водонепроницаемой, с толстыми проводящими стенками и без отверстий, которые могут пропустить внутрь заряд.

В то время как ЭМИ могут быть результатом действия оружия, естественные явления, такие как солнечные вспышки на нашем Солнце, также могут генерировать их, что делает клетки Фарадея потенциально полезным инструментом для защиты нас от таких явлений.

Дополнительные ресурсы

Как работают клетки Фарадея | HowStuffWorks

Электричество является жизненной силой многих аспектов нашего мира.Без вольт и ампер многие из наших технологических инноваций прекратили бы свое существование. Даже наши тела не могли бы функционировать без электрического заряда, пронизывающего наши клетки. Но то, что дает электричество, электричество может и забрать.

Хотя эта форма энергии очень важна для нашей жизни, это одна из тех вещей, которые полезны только в правильных количествах. Слишком много электричества может убить человека 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 представляет собой силовое поле, окружающее заряженную частицу , такую ​​как электрон или протон.

Эти клетки часто выглядят отчетливо, ну, как клетки. Некоторые из них столь же просты, как сетчатые заборы или ведра для льда. Другие используют мелкую металлическую сетку. Независимо от их точного внешнего вида, все клетки Фарадея воспринимают электростатические заряды или даже определенные типы электромагнитного излучения и распределяют их по внешней поверхности клетки.

Электромагнитное излучение окружает нас повсюду. Это в видимом и ультрафиолетовом свете, в микроволнах, которые готовят нашу пищу, и даже в FM- и AM-радиоволнах, которые передают музыку через наши радиоприемники. Но иногда это излучение нежелательно и совершенно разрушительно. Вот где на помощь приходят клетки Фарадея.

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

Эта базовая функция имеет множество увлекательных применений в нашем электрически загроможденном и технологичном мире. И хотя Фарадей, в конце концов, добился своего, фон для его изобретения на самом деле уходит своими корнями в более ранние времена. Итак, откуда взялась идея этих ультраполезных клеток? Узнайте на следующей странице.

Клетка Фарадея своими руками


Фон

Клетка Фарадея представляет собой контейнер из проводящего материала, такого как проволочная сетка или металлические пластины, который защищает то, что в нем заключено, от внешних электрических полей.В наших экспериментах можно использовать клетку Фарадея, чтобы внешние электромагнитные помехи (ЭМП или шум) не мешали нашим нейронным записям. Как вы знаете, нейронные сигналы, которые мы записываем, очень малы (порядка микровольт), и мы используем наши Spikerbox для усиления этих слабых 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 распространяться по воздуху и взаимодействовать с металлическими иглами и проволокой, которые мы используем в качестве электродов.Затем металл распространяет 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 для блокировки многих 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 много работал над динамикой заряженных частиц и электрических полей, которые они генерируют.Кулон определил, что электрическое поле «E» в радиусе «r» от стационарного точечного заряда «Q» можно рассчитать по этому уравнению:

Где ε 0 — диэлектрическая проницаемость свободного пространства, а e r — единичный радиальный вектор. Если вы не понимаете математику (когда-нибудь поймете), это означает, что чем дальше вы находитесь от источника электричества, тем меньше напряженность электрического поля. Если вы едете по шоссе и замечаете, например, что радиостанция замирает, это происходит потому, что вы удаляетесь от большой радиовышки.

Суть в том, что этот закон дает нам основу для математической зависимости, связывающей заряд и электрические поля в пределах фиксированного объема пространства. Клетка Фарадея заключает в себе такой фиксированный объем пространства, и, если клетка сделана из проводящего материала, определяющей характеристикой клетки является то, что она не позволяет внешним зарядам индуцировать электрические поля в этом объеме. Вот два основных правила, регулирующих этот барьерный эффект:

  1. Закон Кулона требует, чтобы заряды в проводнике, находящемся в равновесии, находились как можно дальше друг от друга, и, таким образом, суммарный электрический заряд проводника полностью находится на его поверхности.
  2. Любое результирующее электрическое поле внутри проводника заставит заряд двигаться, так как его много и оно подвижно, 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, где заряды движутся к поверхности и вокруг нее, создавая поля, точно противодействующие любому заряду, стремящемуся пересечь границу, тем самым сохраняя внутреннее пространство свободным от внешних электрических помех.

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

Ниже мы рассмотрим влияние клетки Фарадея на различные условия при записи нейронов с помощью SpikerBox, а также проведем простой эксперимент, который вы можете провести дома. Вот видео, объясняющее очень простой способ сборки и использования клетки Фарадея.

Видео

Процедура

Сборка клетки Фарадея

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

  1. Отмерьте прямоугольник размером 8 x 16 дюймов из металлической сетки экрана.
  2. Вырежьте прямоугольник с помощью тяжелых ножниц.
  3. Отмерьте и отрежьте пять 8-дюймовых деревянных реек
  4. Осторожно разверните прямоугольник из металлической сетки, чтобы он лежал ровно
  5. Начало сшивания металлической сетки через деревянные планки
  6. Скрепите первую полосу на конце сетки.
  7. Скрепите вторую полосу на расстоянии 5,5 дюймов от первой полоски, снова вдоль сетки
  8. Скрепите третью полосу на расстоянии 2,5 дюйма от второй полоски
  9. Скрепите четвертую полосу на расстоянии 5,5 дюймов от третьей полосы
  10. Скрепите пятую полосу на дальнем конце сетки
  11. Деревянные планки представляют собой распорки, поэтому, прикрепив их скобами, сложите сетку на каждой планке, чтобы получилась прямоугольная коробка.
Использование клетки Фарадея для шипов
  1. Подготовьте стандартную запись ног таракана, как описано в эксперименте 1.
  2. Создайте шумную обстановку, подключив ноутбук к сетевой розетке и включив паяльник или другой мощный прибор.Поместите свой SpikerBox рядом с этой электроникой, а также включите все люминесцентные лампы в комнате. Запишите свои наблюдения относительно уровня шума по сравнению с уровнем нейронного сигнала.
  3. Прикрепите зажим типа «крокодил» к земле (снаружи разъема RCA) на Spikerbox.
  4. Поместите Spikerbox в открытую клетку Фарадея. Запишите свои наблюдения относительно уровня шума по сравнению с уровнем нейронного сигнала.
  5. Закройте клетку Фарадея, но ни к чему не прикрепляйте зажим типа «крокодил». Запишите свои наблюдения относительно уровня шума.уровень нейронного сигнала
  6. Подсоедините кабель типа «крокодил» к сетке экрана клетки. Запишите свои наблюдения относительно уровня шума по сравнению с уровнем нейронного сигнала
Использование клетки Фарадея на мобильных телефонах

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

  1. Позвоните на свой мобильный телефон и убедитесь, что он звонит (это ваш контроль).
  2. Затем возьмите свой мобильный телефон и положите его в (выключенную!) микроволновую печь.
  3. Позвоните на сотовый телефон с другого телефона. Звонит?
  4. Затем откройте дверцу микроволновки и наберите номер своего домашнего телефона на мобильном телефоне. Как только вы нажмете «отправить», быстро закройте дверцу микроволновки. Ваш домашний телефон звонит?
  5. Наконец, оберните сотовый телефон алюминиевой фольгой. Снова звонить на сотовый? Звонит?

Вопросы для обсуждения

  1. Как вы думаете, что сделает клетка Фарадея с электромагнитным сигналом, исходящим из клетки? Сможет ли кто-то за пределами клетки Фарадея получить этот сигнал?
  2. Где было бы идеальное место для записи?
  3. Как вы думаете, что произойдет, если вы будете использовать проволочную сетку с большими отверстиями вместо металлической сетки с маленькими отверстиями для клетки Фарадея?
  4. Как вы думаете, почему шум сотового телефона все еще мешает работе SpikerBox, хотя отверстия в нашей клетке Фарадея меньше, чем 1.4 см мы рассчитали?

Дополнительно (представлено пользователем)

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

Что такое клетка Фарадея — как работает клетка Фарадея?

Электрохимикам хорошо известно, что для уменьшения шума используется клетка Фарадея.Хотя она довольно хорошо известна в кругах электрохимиков, на удивление трудно найти полезную информацию об использовании и функциях клеток Фарадея в учебниках по электрохимии. На самом деле, беглый просмотр 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 (экране от электронных помех)».

Итак, спасибо Сойеру, Собковяку и Робертсу за единственное упоминание, которое мы смогли найти при быстром поиске.Они также использовали правильное использование: «шумоподавление», что особенно важно в слаботочных экспериментах (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 высокоустойчивых материалах. Даже общее описание того, чем на самом деле является клетка Фарадея, не включено.

История

Британский экспериментатор Майкл Фарадей, безусловно, наиболее известен своими работами с магнетизмом и электричеством.Он был популяризатором науки, Карлом Саганом или Нилом де Грассом Тайсоном своего времени, автором, например, популярного «Курса шести лекций по химической истории свечи». Однако гораздо более интересным может быть то, что однажды он отказался от рыцарского титула, дважды отказался от поста президента Королевского общества, а также отказался быть похороненным в Вестминстерском аббатстве.

Фарадей плохо разбирался в математике. Его понимание множества явлений, которые он изучал, было более интуитивным по своей природе. Среди множества вещей, за которые мы можем поблагодарить его сегодня, — электроэнергия (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 на проводнике находится только на внешней поверхности. Кроме того, он обнаружил, что ни на что внутри этого проводника не повлияло какое-либо изменение электрического заряда снаружи. Позже теория поля была основана на работах Фарадея, и он действительно верил, вопреки общепринятому в то время мнению, что электрическое поле простирается в пространство за пределами заряда.Имея теперь несколько лучшее понимание вещей, мы знаем, что электростатическое отталкивание одинаковых зарядов вызывает перераспределение заряда снаружи проводника, что приводит к чистому электростатическому полю внутри проводника, равному нулю. «Внутри проводника» означает любое пространство, окруженное непрерывным проводящим слоем.

Это явление приводит к довольно аккуратному результату: любой и весь шум электронного компонента, существующий за пределами клетки, полностью подавляется в этом пространстве.Это тот же самый 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 выйти во внешний мир. Это то, что держит нас в безопасности рядом с микроволновой печью.

Электромагнитные волны

При проведении экспериментов наша измерительная установка всегда подвергается воздействию электромагнитного излучения. Как уже подразумевает термин «электромагнитная волна», речь идет о двух различных формах излучения.Электромагнитные волны состоят из электрического поля, перпендикулярно связанного с магнитным полем.

Рисунок 1 . Электромагнитная волна в направлении распространения x. Подробности см. в тексте.

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

Рисунок 2. Диаграмма электромагнитного спектра.

Как упоминалось ранее, электромагнитное излучение всегда присутствует, взаимодействует с нашей установкой и искажает результаты измерений. На особенно чувствительные эксперименты со слабыми сигналами может сильно повлиять уменьшение отношения сигнал/шум или сделать данные измерений непригодными для использования в определенном диапазоне частот.

Клетка Фарадея может уменьшить воздействие электромагнитного излучения. Из-за природы электромагнитного излучения в токопроводящей оболочке клетки Фарадея одновременно возникают два разных эффекта.На рис. 3 и 4 показан общий принцип работы клетки Фарадея при взаимодействии электрического и магнитного полей с клеткой Фарадея.

Предполагается полностью закрытый металлический ящик, который служит клеткой Фарадея с измерительной ячейкой внутри, как показано на рис. 3. Без электрического поля электроны и катионы металлов равномерно распределяются внутри металлического корпуса. Воздействие электрического поля приводит к немедленному перераспределению свободно движущихся электронов и, следовательно, к протеканию тока внутри проводящего корпуса.Это индуцирует вторичное электрическое поле в направлении, противоположном входящему полю. В результате оба поля компенсируют друг друга, 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, так как отсутствуют магнитные заряды.В отсутствие экрана Фарадея измерительная ячейка полностью подвергается воздействию магнитных полей (и, очевидно, также электрических полей), вызывающих помехи и шумы; см. рис. 4.

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

Однако магнитные поля можно перенаправить либо с помощью магнитопроницаемых материалов для экранирования, либо с помощью электрических токов, индуцируемых внутри проводящего корпуса.

Как описано ранее, электромагнитная волна вызывает поток тока, противоположный входящему полю.Эти так называемые вихревые токи индуцируют вторичное магнитное поле (синий цвет), которое противодействует входящему магнитному полю (красный цвет) и перенаправляет его. В результате ячейка внутри клетки Фарадея испытывает более низкое суммарное магнитное поле.

Какую клетку Фарадея использовать?

Ну вообще любой из них! Было бы, конечно, очень хорошо, если бы использовался экран Фарадея от Gamry, как показано на рис. 5, который обеспечивает большую универсальность и гибкость.

 

Рис. 5. Щит Фарадея Гамри.

Правда в том, что разница в шумоподавлении между хорошо сконструированными клетками Фарадея незначительна. Может быть большая разница в том, насколько хорошо или легко вы можете связать свои конкретные эксперименты. Вам может понадобиться большая коробка для размещения вашего экспериментального оборудования, или входные отверстия для подачи газов или воды, или такой материал, как нержавеющая сталь, для работы с агрессивными парами и растворами. Вы можете захотеть увидеть, что происходит внутри клетки Фарадея, через окно (с проводящим покрытием) или заблокировать как можно больше света.В конце концов, картонная коробка, обернутая алюминиевой фольгой, даст такое же шумоподавление, как и цельная металлическая коробка.

Деревянный каркас и медная или алюминиевая сетка являются обычными для самодельных клеток Фарадея. Твердые металлические коробки — хороший выбор, но если вы не покупаете ту, которая специально разработана для надежного электронного экранирования, обратите особое внимание на края двери и убедитесь, что между сторонами имеется хороший электрический контакт.

Особенности конструкции

При сборке или покупке клетки Фарадея следует помнить о трех мелочах.Во-первых, разрывы в клетке, т. е. в кабельном вводе, вызывают зазоры, через которые могут проникать внешние электромагнитные (ЭМ) поля. Таким образом, проникновение электромагнитного излучения зависит от размера отверстия, а также от толщины проводника.

Общее эмпирическое правило заключается в том, что отверстие в клетке Фарадея должно быть меньше 1/10 длины волны, которая должна быть заблокирована. Например, для блокировки ЭМ полей с частотой 10 ГГц и ниже размер отверстия клетки Фарадея должен быть меньше 3 мм.

Вторая и более важная проблема связана с длительным или даже полным нарушением непрерывности проводящего материала. Доступ к клетке Фарадея через крышку или дверь создает реальную возможность для такого разрыва непрерывности. Если одна сторона прерывистая, даже если она проводящая, то заряд может не перераспределиться должным образом, эффекта компенсации не будет, и внутри клетки будет существовать ненулевое поле. Использование провода для соединения прерывистых краев может помочь при низкочастотной работе, но часто недостаточно для экспериментов с более высокими рабочими частотами и скоростями.

Последним вопросом является проводимость клетки. Это редко бывает большой проблемой, но по мере увеличения размера клетки это может стать более серьезной проблемой. Чем более резистивный проводящий слой, тем медленнее перераспределяется заряд, что приводит к некомпенсирующему полю.

Когда использовать клетку Фарадея

По возможности используйте клетку Фарадея, поскольку она всегда снижает шум, особенно шум линии электропередачи (сети), которая распространена повсеместно – в каждой лаборатории, в каждом здании в каждой стране с электросетью переменного тока.Однако некоторые эксперименты показывают больший эффект, чем другие. Это эксперименты, связанные с малыми токами или высокими частотами, и эксперименты, в которых требуются очень точные (и точные) измерения.

Почти любой, кто занимается физической электрохимией (CV, импульсная вольтамперометрия, хроноамперметрия и т. д.), попадает в последнюю категорию, а когда речь идет о крошечных электродах, то и в ту, и в другую. Коррозия часто не требует такой точности и аккуратности, но коррозионно-стойкие сплавы легко могут привести к измерению токов в (и ниже) диапазоне нА, где определенно необходима клетка Фарадея.EIS включает в себя более высокие частоты, поэтому приветствуется любое снижение шума. 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 циклические вольтамперограммы, снятые на фиктивной ячейке RC, показаны внутри и снаружи клетки Фарадея. Обратите внимание, что максимальный измеренный ток при этом составляет всего около 1 нА. CV измеряли в диапазоне от 0 до 1 В со скоростью сканирования 0,5 В/с.

Измерения показывают, что значительный уровень шума может сохраняться, даже если испытательная ячейка находится внутри клетки Фарадея. Для правильного использования важно заземлить клетку Фарадея.

Рис. 6. CV на одной и 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 привязаны к некоторому потенциалу земли в потенциостате.Из-за этого эффективное использование клетки Фарадея для электрохимических экспериментов должно включать в себя надлежащее заземление. Хотя проблема заземления может стать очень сложной, основные рассуждения довольно просты. Вся клетка Фарадея (включая внутреннюю часть) находится под постоянным потенциалом, и, если она не подключена, этот потенциал может сильно отличаться от опорного заземления потенциостата. В результате могут существовать большие переменные напряжения между внутренней частью клетки и точкой заземления.

Эта разность потенциалов емкостно взаимодействует с электродами, делая предположительно экранированный шум частью измерения.По этой причине всегда подключайте клетку Фарадея к заземлению прибора. Подавляющее большинство также должно иметь заземление потенциостата. Для некоторых потенциостатов это делается 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, клетка Фарадея может помочь, но 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 эталон заземления потенциостата — хотя они все еще подключены по причинам, упомянутым ранее, — не заземлены. В этом случае ваш потенциостат должен быть способен работать на плавающей земле.

О паразитных емкостях

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

Рис. 7. ЭИС с разрывами, 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 свести к минимуму паразитную емкость между образцом и клеткой Фарадея, переместите образец от стенок к центру клетки.Экран Фарадея включает в себя отдельную полку для перемещения образца в центр клетки Фарадея. Если нет доступной полки, поднимите образец с пола клетки с помощью непроводящего предмета (например, деревянного бруска, учебника).

Резюме

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

0 comments on “Клетку фарадея: Клетка Фарадея. Работа и применение. История и особенности

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.