Il proprietario di un bar in Inghilterra ha installato una gabbia di Faraday per bloccare le comunicazioni cellulari nel locale. Come proteggersi dalle dannose radiazioni Wi-Fi e cellulari con una gabbia di Faraday spartana

Il proprietario di un cocktail bar nell'East Sussex ha osservato per anni i suoi clienti comunicare a malapena tra loro, fissando il display del telefono non appena arrivavano al locale. Anche i gruppi amichevoli si sono trasformati in un gruppo di solitari dopo che i telefoni sono stati tolti dalle tasche e dalle borse.

Steve Tyler, questo il nome del proprietario del bar, ha deciso di riportare in vita i bei vecchi tempi. Per fare ciò, ha installato una rete metallica nelle pareti e nel soffitto del bar, che blocca il segnale proveniente dalla torre cellulare, impedendogli di passare oltre. La rete ha bloccato in modo affidabile il segnale della rete cellulare, quindi utilizzare uno smartphone o un tablet con un modulo 3G in un bar è diventato inutile. Non puoi parlare o chattare. Il signor Tyler ha detto che la mossa ha permesso agli avventori del suo bar di "entrare a far parte mondo reale” e ricordati delle altre persone.

Ciò che ha installato il proprietario del bar si chiama gabbia di Faraday. Si tratta di un sistema inventato dal fisico e chimico inglese Michael Faraday nel 1836 per schermare le apparecchiature dai campi elettromagnetici esterni. Tipicamente, tale sistema è una gabbia messa a terra realizzata in materiale altamente conduttivo.

Protegge solo dal campo elettrico; il campo magnetico statico penetra nella cella. Nella regione ad alta frequenza, l'azione di tale schermo si basa sulla riflessione delle onde elettromagnetiche dalla superficie dello schermo e sull'attenuazione dell'energia ad alta frequenza nel suo spessore a causa delle perdite termiche dovute alle correnti parassite.

La gabbia creata da Tyler, secondo le sue stesse parole, non è l'ideale. È costituito da lamina d'argento e rete metallica di rame. E sebbene l’affidabilità del sistema non sia al 100%, i visitatori hanno comunque perso la capacità di comunicare telefonicamente. Invece, sostiene Tyler, hanno iniziato a parlare tra loro.

Tyler ha scelto questo metodo per bloccare i segnali dalle reti cellulari e wireless come sistema di soppressione comunicazioni cellulari, comunemente chiamati "jammer", sono illegali. Sono vietati non solo nel Regno Unito, ma anche negli Stati Uniti. Non molto tempo fa, la Federal Communications Commission (FCC) ha denunciato un residente della Florida, negli Stati Uniti, che stava utilizzando un potente jammer per cellulare sulla strada. Ha nascosto il dispositivo sotto il sedile della sua Toyota Highlander.

Nello stesso anno, un residente di Chicago di 63 anni è stato condannato e multato per aver utilizzato un dispositivo del genere su un treno dal 2014. Ci è voluto più tempo per catturarlo che per Humphreys. E il problema era che il proprietario del jammer poteva disturbare non solo le conversazioni quotidiane delle persone, ma anche le chiamate ai servizi di soccorso e alla polizia. Il sospetto è stato scoperto quando ha bloccato il telefono di un agente di polizia in borghese nelle vicinanze.

Ti aspetteresti che le persone si lamentino del proprietario di un bar dove sai che non puoi usare il telefono. E invece no, l'unica lamentela è arrivata da una persona che si è accorta che il suo telefono funzionava. Ed è stato spostato su un altro tavolo, dove il segnale era completamente bloccato. Secondo Tyler, l'installazione di una gabbia di Faraday non è vietata dalla legge. È passivo, no metodo attivo soppressione del segnale cellulare. Le parole di Tyler sono confermate da un portavoce dell'Ofcom: "A differenza dei jammer, una gabbia di Faraday è passiva, anche se influenza la ricezione del segnale".

“I cellulari sono diventati parte della nostra vita e, se andiamo in un bar, in una discoteca o in un altro posto, spesso portiamo con noi il cellulare. Ma i telefoni sono antisociali”, afferma Steve Tyler.

Sui tavoli sono installati dei telefoni retrò, attraverso i quali i clienti possono effettuare un ordine o comunicare con gli altri clienti del locale.

Una gabbia di Faraday o “scudo di Faraday” è uno spazio chiuso per impedire il passaggio di campi elettromagnetici. La gabbia è costituita da un materiale solido conduttivo o da una rete conduttiva e solitamente è anche collegata a terra. Prende il nome dallo scienziato inglese Michael Faraday, che lo inventò nel 1836.

Storia della scoperta

Nel 1836 Faraday notò che l'eccesso di carica su un conduttore carico è localizzato solo sul suo lato esterno e non ha alcun effetto sugli oggetti all'interno. Per dimostrare questo fatto, allestì una stanza ricoperta da una pellicola metallica e servì al di fuori carica ad alta tensione delle stanze da un generatore elettrostatico.

Per dimostrare l'assenza di cariche elettriche lati interni Faraday ha utilizzato un elettroscopio sulle pareti della stanza. Un elettroscopio posto all'interno della stanza, o collegato alla superficie interna, registrava l'assenza di carica, mentre le foglie dell'elettroscopio collegato alla superficie esterna divergevano.

Per dimostrare l’effetto di spinta del campo, piccoli animali sono stati posti in una gabbia. Quando gli veniva applicata una potente carica elettrica da un generatore elettrostatico, la carica non causava alcun danno agli animali, poiché scorreva lungo la sua superficie.

Sebbene questo effetto sia stato attribuito al famoso esperimento della tazza di Faraday (o "secchiello per il ghiaccio") condotto da Michael Faraday nel 1843, il fenomeno fu osservato già nel 1755 dallo scienziato americano Benjamin Franklin. L'esperimento consisteva nel far cadere, attraverso un foro, una pallina di sughero scarica sospesa su un filo di seta in un barattolo di metallo carico. Secondo lui “il tappo non era attratto pareti interne banche, poiché era attratta dall'esterno. Sebbene il tappo fosse abbassato sul fondo del barattolo, quando tirato fuori si è scoperto che era scarico a causa del contatto, osservato quando il tappo ha toccato l’esterno del barattolo”. Questo effetto fu scoperto molto prima di Faraday anche dal fisico italiano Giovanni Battista Beccaria.

Principio operativo

Il principio di funzionamento della cella è che un campo elettrico esterno provoca la ridistribuzione degli elettroni liberi nel materiale conduttivo della cella in modo tale che i lati opposti della cella si carichino. Il loro campo compensa il campo esterno e non c'è campo all'interno. Questo principio si comprende meglio se si pensa alla cella come a un conduttore cavo ideale. La ridistribuzione delle cariche provoca una corrente elettrica nel conduttore, che si interrompe quando il campo elettrico esterno viene compensato.

L'effetto schermante dei gusci metallici chiusi fu teoricamente previsto nel 1813 dal matematico e fisico francese Simeon Denis Poisson. Successivamente, nel 1828, dal matematico e fisico inglese George Green. La previsione degli scienziati si basava sul fatto che all'interno di un guscio metallico chiuso il potenziale elettrico è costante, quindi l'intensità del campo elettrico è zero, il che dimostra le sue proprietà schermanti.

Una gabbia di Faraday non è in grado di proteggere lo spazio interno dal cambiamento costante o lento campo magnetico, ad esempio, i campi del magnetismo terrestre (la bussola all'interno della gabbia continua a puntare correttamente verso il Nord). Ma poiché il campo magnetico alternato viene creato da un campo elettrico alternato e il campo elettrico alternato non penetra nella cellula, il campo magnetico alternato non vi penetra. Di conseguenza, la cellula protegge gli oggetti (e gli esseri umani) che si trovano in essa dall'azione delle onde elettromagnetiche. Per schermare le radiazioni ad alta frequenza, la dimensione delle cellule della cellula deve essere inferiore alla lunghezza d'onda della radiazione.

L'efficacia della schermatura di un campo elettrico statico dipende dalla forma del materiale conduttivo. Nel caso di un campo elettrico variabile e in presenza di un campo magnetico variabile, quanto più veloci sono questi cambiamenti (cioè maggiore è la frequenza), tanto più materiale migliore resiste alla penetrazione del campo. D'altra parte, con l'aumentare della frequenza il campo penetra meglio attraverso una griglia con una determinata dimensione delle celle. In questo caso la schermatura dipende dalla conduttività elettrica del materiale della gabbia, nonché dal suo spessore.

Se una carica viene posta all'interno di una cella senza messa a terra, la sua superficie interna si carica (simile al processo sopra descritto con la carica esterna). Una gabbia di Faraday blocca le onde elettromagnetiche in uscita da essa in misura minore rispetto a quelle in entrata, e quindi un dispositivo di localizzazione, o "faro", soprattutto uno che opera su alta frequenza, possono “forare” la superficie della cellula, agendo dall'interno.

Ascensori e altre stanze con strutture e pareti metalliche conduttive possono causare perdita di segnale e la comparsa di "zone morte" per gli utenti telefono cellulare, walkie-talkie e altri dispositivi elettronici, ricevendo segnali radio esterni.

Per proteggere le radiazioni dal lavoro all'interno forno a microonde magnetron con una lunghezza d'onda di circa 12 cm, il corpo del forno è in metallo solido (acciaio inossidabile). Il finestrino trasparente è un pacchetto di lastre di vetro o plastica con tra loro una lamiera metallica forata obbligatoria. Il diametro dei fori nel foglio non è superiore a 1-3 mm, il che elimina completamente l'emissione di radiazioni dal forno a microonde. L'assenza di perdite di radiazioni attraverso l'intercapedine tra la porta e la camera è assicurata da uno speciale design dell'intercapedine con dimensioni selezionate per la lunghezza d'onda della radiazione.

Sarebbe un errore presumere che una gabbia di Faraday fornisca il blocco o la soppressione completa del segnale radio. Il grado con cui una cellula attenua un segnale radiofonico o televisivo emesso o ricevuto dipende dalla forma dell'onda elettromagnetica, dalla sua frequenza e dalla distanza dal ricevitore/trasmettitore. Anche la loro sensibilità e potenza irradiata. Una gabbia con recinzione in resistente lamiera di acciaio garantisce una migliore soppressione rispetto a una in rete.

Applicazione

Di seguito sono riportati alcuni esempi di utilizzo di gabbie e dispositivi simili per la protezione di persone e attrezzature.

• La gabbia protegge le persone e le attrezzature dalle correnti elettriche causati da fulmini e scariche elettrostatiche, poiché la gabbia bypassa le correnti esterne allo spazio protetto, senza ramificarle all'interno.
• Interni di auto e aerei Sono anche gabbie che proteggono i passeggeri dalle scariche elettriche dei fulmini.
• Nelle industrie associate alla presenza di sostanze pericolose radiazioni elettromagnetiche , interi laboratori e stanze sono rinchiusi nelle gabbie di Faraday. Ciò salvaguarda la salute delle persone e previene numerose malattie.
• Tute elettricamente conduttive appositamente progettate per gli installatori di linee elettriche ad alta tensione consentono loro di lavorare sulle linee senza il rischio di lesioni elettriche dovute a carica statica. Tali tute impediscono il passaggio della corrente elettrica attraverso il corpo umano e teoricamente proteggono da qualsiasi tensione. Elettricisti ad alta tensione che indossavano tali tute hanno lavorato con successo sull'esclusiva linea di trasmissione di energia ad alta tensione Ekibastuz-Kokshetau in Kazakistan con una tensione di 1150 kV.
• La gabbia di Faraday viene utilizzata per racchiudere i generatori di emissioni radio (trasmettitori radio) e proteggere altri dispositivi elettronici nelle vicinanze.
• Sala di risonanza magnetica è una gabbia di Faraday ed è esclusa la distorsione dei dati rilevati dal paziente dovuta a interferenze radio esterne, che potrebbero disturbare l'immagine tomografica risultante.
• Nella chimica analitica Una gabbia di Faraday viene utilizzata per ridurre le interferenze quando si effettuano misurazioni precise.
• Secondo gli standard USA e NATO e standard simili in altri paesi, la gabbia viene utilizzata per prevenire fughe di informazioni dai computer.
• Gabbia di Faraday a forma di borsa o custodia utilizzato per impedire la cancellazione e l'alterazione dei dati digitali sui media elettronici con intenzioni criminali.
• Gusci schermanti Un cavo USB o un cavo coassiale TV protegge i conduttori interni da interferenze esterne e impedisce la fuoriuscita di segnali utili ad alta frequenza.
• La borsa del taccheggiatore (un sacchetto di plastica rivestito all'interno con pellicola di alluminio) agisce come una gabbia di Faraday e viene utilizzato dai taccheggiatori per rubare merce con etichetta RFID.

Da questi esempi è chiaro che il fenomeno fu previsto più di 200 anni fa e fu ampiamente reso popolare da Michael Faraday. È ampiamente utilizzato nella scienza, nella tecnologia e persino adottato dal mondo criminale, ma ha acquisito molti miti. Uno dei miti descritti nel film sull'informatore Snowden è che un forno a microonde blocca completamente le radiazioni dei telefoni cellulari. Questo non è vero, la frequenza di trasmissione dei dati dello standard di comunicazione mobile GSM è diversa dalla frequenza del magnetron a microonde e lo spazio tra la custodia e la porta diventa trasparente al segnale cellulare. Quelli. un forno a microonde non è una gabbia di Faraday nel vero senso della parola: in una gabbia reale non dovrebbero esserci spazi vuoti. Per lo stesso motivo non blocca nulla che venga posto all'interno cellulare camera del frigorifero.

annotazione

In questo lavoro considero uno dei problemi di protezione dalle radiazioni elettromagnetiche sia degli esseri umani che delle apparecchiature per vari scopi. Analizzando la letteratura tecnica, ho rivolto la mia attenzione anche al modello della gabbia di Faraday. E mi chiedevo se fosse possibile creare una cellula del genere su piccola e grande scala.

Formulato un'ipotesi:

Definito lo scopo del lavoro:

Imposta attività:

Di conseguenza, ho studiato il principio di funzionamento di una gabbia di Faraday. Il funzionamento del dispositivo si basa sulla capacità degli elettroni in un guscio elettricamente conduttivo chiuso di acquisire una carica quando entrano in un campo elettrico.

Realizzato un modello di una gabbia di Faraday. Questa scatola non è conduttiva e ha una superficie in alluminio. Ho scoperto che il dispositivo blocca le radiazioni elettromagnetiche.

Sommario

Introduzione…………………………………………………………………………………..

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Parte teorica …………………..

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Capitolo I. Radiazione elettromagnetica……………..

4

L'essenza fisica della radiazione elettromagnetica. Tipi……

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Radiazioni elettromagnetiche dei telefoni cellulari………………

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Scoperta di Michael Faraday…………….

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CapitoloII. Parte pratica………………….

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Realizzare una gabbia di Faraday…………….

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Calcolo teorico del materiale assorbente per il pubblico

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Conclusione ……………………………………………………………….

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Bibliografia …………………..

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Applicazioni…………………..

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introduzione

A volte ho notato che in alcune stanze la connessione cellulare cominciava a indebolirsi, o addirittura a scomparire del tutto. Interessato a questo problema, ho iniziato a studiare le ragioni di questo fenomeno. Si scopre che la cosiddetta gabbia di Faraday provoca questo effetto.

Ipotesi: È realistico preparare il pubblico agli esami in modo tale che non sia possibile utilizzare Internet durante l'esame, se si riuscisse comunque a portare in ufficio le apparecchiature di comunicazione.

Obiettivo del lavoro: eseguire calcoli tecnici dei materiali necessari per le attrezzature della classe.

Obiettivi lavorativi:

1) Rivelare l'essenza del concetto di radiazione elettromagnetica;

2) Studiare il principio di funzionamento della gabbia di Faraday;

3) Realizzare un modello di gabbia di Faraday;

4) Applicare le conoscenze acquisite nella progettazione.

Oggetto di studio - radiazioni elettromagnetiche.

Oggetto della ricerca – la capacità dei materiali di bloccare le radiazioni elettromagnetiche.

Tecniche e metodi di ricerca:

Studiare la letteratura tecnica;

Studiare fonti su Internet;

Realizzazione di una gabbia di Faraday;

Calcolo materiali di consumo.

Parte teorica

Capitolo I. Radiazione elettromagnetica

1. L'essenza fisica della radiazione elettromagnetica. Tipi

Nel corso della vita, una persona è influenzata dai campi magnetici naturali (campo magnetico della Terra, emissioni radio del sole, elettricità atmosferica), nonché dai campi elettromagnetici artificiali. Mentre il campo elettromagnetico naturale è rimasto praticamente costante per migliaia di anni, il livello dei campi elettromagnetici artificiali è aumentato notevolmente negli ultimi decenni.

Le sorgenti dei campi elettromagnetici artificiali sono: campi elettromagnetici a bassa frequenza, che vengono utilizzati in produzione industriale campi ad alta frequenza (comunicazioni radio, TV, trasmissioni radiofoniche); campi elettromagnetici nella gamma delle microonde (radar, navigazione, medicina, comunicazioni cellulari).

Tipi di radiazione elettromagnetica

La radiazione elettromagnetica viene solitamente divisa in base a gamme di frequenza. Non ci sono transizioni nette tra gli intervalli; a volte si sovrappongono e i confini tra loro sono arbitrari. Poiché la velocità di propagazione della radiazione è costante, la frequenza delle sue oscillazioni è strettamente correlata alla lunghezza d'onda nel vuoto.

Le onde radio sono radiazioni elettromagnetiche con lunghezze d'onda di 5 × 10-5 - 1010 metri e frequenze, rispettivamente, da 6 × 1012 Hz e fino a diversi. Le onde radio vengono utilizzate per trasmettere dati nelle reti radio. Le onde radio si formano quando la corrente alternata della frequenza appropriata scorre attraverso i conduttori. E viceversa, un'onda elettromagnetica che attraversa lo spazio eccita una corrispondente corrente alternata in un conduttore. Questa proprietà viene utilizzata nell'ingegneria radiofonica durante la progettazione di antenne. La fonte naturale delle onde in questa gamma sono i temporali.

La regione ottica dello spettro è visibile, infrarossa e radiazioni ultraviolette. L'identificazione di tale regione è dovuta non solo alla vicinanza delle corrispondenti parti dello spettro, ma anche alla somiglianza degli strumenti utilizzati per il suo studio e sviluppati storicamente soprattutto nello studio della luce visibile (lenti e specchi per focalizzare la radiazione , prismi, reticoli di diffrazione, dispositivi di interferenza per lo studio composizione spettrale radiazioni, ecc.).

Le frequenze delle onde nella regione ottica dello spettro sono già paragonabili alle frequenze naturali di atomi e molecole e la loro lunghezza è paragonabile alle dimensioni molecolari e alle distanze intermolecolari. Grazie a ciò, in questo ambito diventano significativi i fenomeni causati dalla struttura atomica della materia. Per lo stesso motivo, insieme alle proprietà ondulatorie, compaiono anche le proprietà quantistiche della luce.

La fonte più famosa radiazione otticaè il sole. La sua superficie (fotosfera) viene riscaldata ad una temperatura di 6000 gradi e brilla di luce bianca brillante (il massimo dello spettro continuo della radiazione solare si trova nella regione “verde” di 550 nm, dove si trova la massima sensibilità dell'occhio ). È proprio perché siamo nati vicino a una stella del genere che questa parte dello spettro della radiazione elettromagnetica viene percepita direttamente dai nostri sensi.

Le radiazioni nel campo ottico si verificano soprattutto quando i corpi vengono riscaldati ( radiazione infrarossa detto anche termico) dovuto al movimento termico di atomi e molecole. Quanto più un corpo viene riscaldato, tanto più alta è la frequenza alla quale si trova il massimo del suo spettro di radiazione. Quando riscaldato ad un certo livello, il corpo inizia a brillare nella gamma visibile (incandescenza), prima rosso, poi giallo e così via. Al contrario, la radiazione dello spettro ottico ha un effetto termico sui corpi.

La radiazione ottica può essere creata e rilevata in reazioni chimiche e biologiche. Uno dei più famosi reazioni chimiche, che sono un ricevitore di radiazioni ottiche, vengono utilizzati in fotografia. La fonte di energia per la maggior parte degli esseri viventi sulla Terra è la fotosintesi, una reazione biologica che si verifica nelle piante sotto l'influenza della radiazione ottica del sole.

2. Radiazioni elettromagnetiche dei telefoni cellulari

La radiotelefonia cellulare è oggi uno dei sistemi di telecomunicazione in più rapido sviluppo. Gli elementi principali di un sistema di comunicazione cellulare sono le stazioni base (BS) e i radiotelefoni mobili (MRT). Le stazioni base mantengono la comunicazione radio con i radiotelefoni mobili, per cui BS e MRI sono fonti di radiazioni elettromagnetiche nella gamma UHF. Caratteristica importante i sistemi di comunicazione radio cellulare sono molto uso efficiente spettro di radiofrequenze assegnato per il funzionamento del sistema, che consente di fornire comunicazioni telefoniche a un numero significativo di abbonati. Il sistema funziona secondo il principio della divisione di un determinato territorio in zone, o “celle”, con un raggio solitamente compreso tra 0,5 e 10 chilometri.

Le stazioni base mantengono la comunicazione con i radiotelefoni mobili situati nella loro area di copertura e operano in modalità di ricezione e trasmissione del segnale. A seconda dello standard, le BS emettono energia elettromagnetica nella gamma di frequenze da 463 a 1880 MHz. Le antenne BS vengono installate ad un'altezza di 15-100 metri dal suolo su edifici esistenti o su pali appositamente costruiti.

In base ai requisiti tecnologici per la costruzione di un sistema di comunicazione cellulare, il diagramma di radiazione dell'antenna sul piano verticale è progettato in modo tale che l'energia di radiazione principale (oltre il 90%) sia concentrata in un “raggio” piuttosto stretto. È sempre diretto lontano dalle strutture su cui sono posizionate le antenne BS e sopra gli edifici adiacenti, ovvero una condizione necessaria Per funzionamento normale sistemi.

Un radiotelefono mobile (MRT) è un ricetrasmettitore di piccole dimensioni. A seconda dello standard telefonico la trasmissione avviene nella gamma di frequenze 453 – 1785 MHz. La potenza della radiazione MRI è un valore variabile che dipende in gran parte dallo stato del canale di comunicazione “radiotelefono mobile – stazione base”, ovvero quanto più alto è il livello del segnale BS nel luogo di ricezione, tanto minore è la potenza della radiazione MRI. La potenza massima è compresa tra 0,125 e 1 W, ma in condizioni reali di solito non supera 0,05-0,2 W.

3. Scoperta di Michael Faraday

La seguente dichiarazione di Faraday risale al 1854: “Sono sicuro che la verità su questa vita non può essere ottenuta nemmeno dalla manifestazione più ineguagliabile della saggezza umana. Essa viene rivelata non attraverso la nostra ragione, ma attraverso la fede elementare nelle prove fornite a noi." A giudicare da quanto perfetti e sorprendenti nella loro semplicità fossero i suoi esperimenti, possiamo dire che Faraday ha servito la scienza letteralmente fedelmente.

Michael Faraday era famoso durante la sua vita e prevedeva lo sviluppo del pensiero scientifico per molti decenni a venire. Era una figura così controversa che i suoi studenti e seguaci consideravano le sue brillanti scoperte il risultato di un'istruzione insufficiente e non si fidavano dell'accuratezza degli esperimenti da lui condotti a causa delle “stranezze” del carattere dello scienziato. Forse c’è del vero in questo: seguire la propria strada nella scienza in modo speciale, in completa contraddizione con la visione scientifica prevalente del mondo, Faraday spesso trovava schemi e vedeva relazioni reciproche laddove nessuno li aveva riconosciuti prima o poteva vederli...

Michael Faraday ha regalato al mondo invenzioni ingegnose come l'induzione elettromagnetica, che è alla base della produzione di elettricità, un motore elettrico, un trasformatore e molti altri dispositivi che utilizziamo ancora oggi.

Ti parlerò del dispositivo che ha inventato a metà del XIX secolo. Questa è la cosiddetta gabbia di Faraday.

Il funzionamento del dispositivo si basa sulla capacità degli elettroni in un guscio chiuso elettricamente conduttivo, quando esposti a un campo elettrico, di acquisire una carica che compensa gli effetti dei campi esterni. Pertanto, le pareti cellulari proteggono lo spazio interno dagli effetti delle radiazioni elettromagnetiche esterne.

Una tale gabbia di Faraday può proteggere anche una persona dalle scariche elettriche. Ma nell'ordine inverso, la radiazione generata all'interno della gabbia di Faraday non uscirà se è realizzata con uno strato conduttore verso l'interno. Pertanto siamo, ad esempio, protetti dagli effetti delle radiazioni di un forno a microonde quando ci troviamo nelle vicinanze mentre è in funzione.

Perché questo dispositivo si chiama cellula?

Perché i primi venivano effettuati con una gabbia metallica. Ancora oggi i progetti industriali vengono realizzati e sembrano gabbie metalliche realizzate con materiali che conducono bene l'elettricità. La sua efficienza e potenza dipendono dallo spessore del materiale di cui è costituito e dal rapporto tra la dimensione dell'apertura e la lunghezza d'onda del campo esterno agente.

Gabbia di Faraday - principio di funzionamento

Tutto ciò che è geniale è semplice! Il principio stesso di funzionamento di questo dispositivo è molto semplice: quando la gabbia di Faraday viene esposta a un campo elettrico, gli elettroni liberi all'interno del materiale di cui è composta iniziano a muoversi, riunendosi in un certo modo. Di conseguenza, le pareti opposte della cella ricevono cariche opposte, creando un nuovo campo che ha direzione opposta a quella esterna. Questo nuovo campo compensa il campo elettromagnetico esterno, il che significa che non c'è rumore elettrico o campo elettrico all'interno della cella.

Questo metodo di riflessione o schermatura funziona solo se esposti a campi elettrici e campi magnetici alternati, anch'essi generati da questi. Questo dispositivo non può proteggere da un campo magnetico statico.

Cosa serve?

Viene utilizzato principalmente nell'industria per proteggere le apparecchiature dalle radiazioni elettromagnetiche indesiderate. Ad esempio, quando si installano tomografi medici. Molto spesso utilizzato nei laboratori dove è necessario effettuare misurazioni di alta precisione e ridurre l'impatto del rumore elettromagnetico. Per l'uso industriale vengono solitamente coinvolti specialisti in grado di calcolare correttamente tutti i parametri della cella.

Nella vita di tutti i giorni, si consiglia spesso di utilizzare le proprietà di questa invenzione per proteggere tutti i tipi di dispositivi elettronici (telefoni cellulari, tablet, ecc.) dai danni causati da radiazioni elettromagnetiche o impulsi (onde). Questa onda può essere causata da alcuni fenomeni naturali, ad esempio i brillamenti solari.

Alcuni di loro costruiscono addirittura case che sono "gabbie di Faraday" da cui proteggersi completamente possibile influenza radiazioni elettromagnetiche. Puoi vedere un esempio di una casa del genere nella foto sopra. In casa, il suo proprietario sarà sicuramente in grado di sopravvivere a qualsiasi cataclisma. Questo argomento è particolarmente popolare tra le persone che hanno paura di tutti i tipi di radiazioni e del loro impatto sulla salute, così come tra coloro che credono in una catastrofe mondiale e si preparano a sopravvivere dopo.

Capitolo II . Parte pratica

1. Realizzare una gabbia di Faraday

L'opzione più semplice per realizzare una gabbia di Faraday con le proprie mani può essere qualsiasi oggetto con una custodia sigillata, uno strato esterno elettricamente conduttivo e uno strato non conduttivo all'interno.

Questo oggetto può essere letteralmente qualsiasi oggetto domestico che possa essere chiuso. La forma può essere molto diversa: una scatola, un cilindro, una sfera, praticamente qualsiasi cosa. Parte interna deve essere realizzato con qualsiasi materiale che non conduca elettricità: cartone, carta, legno, plastica, ecc. Pertanto, il modo più semplice è prendere un oggetto metallico già pronto e inserire all'interno uno strato non conduttore o, al contrario, prendere un oggetto da uno strato non conduttivo e avvolgerlo, le sue parti esterne sono ricoperte da uno strato conduttivo (ad esempio, un foglio). Anche se avvolgi semplicemente il tuo dispositivo in un foglio di alluminio, sarà già la gabbia di Faraday più semplice, realizzata con le tue mani.

Nota! Le più efficaci sono le gabbie fatte in casa realizzate con strutture in legno utilizzando rete di rame o alluminio. Se decidi di installare una gabbia di Faraday da un oggetto metallico già pronto, assicurati che il coperchio e la scatola abbiano un buon contatto, il che garantisce protezione affidabile dalla penetrazione delle radiazioni all'interno. E anche che l'oggetto sia realizzato in metallo zincato.

Puoi anche creare una gabbia di Faraday da un normale bidone della spazzatura di metallo, una scatola di metallo o un secchio non smaltato con coperchio semplicemente stendendolo superficie interna cartone.

Una vecchia cassetta degli attrezzi come questa può essere un'ottima base per questo dispositivo.

Può una cellula avere dei buchi?

Se questi buchi sono relativamente piccoli rispetto alla lunghezza d'onda, allora sì, possono esserci dei buchi. Ad esempio, un'onda da 1 GHz corrisponde a 0,3 m spazio libero, quindi se la gabbia ha dei fori più piccoli di questo valore, va bene! Ecco perché le gabbie sono spesso costruite in rete.

Cosa fare con la porta?

Se hai intenzione di costruire una gabbia grande con una porta o degli spazi tra il coperchio e la base, potrebbero esserci delle radiazioni elettromagnetiche che penetrano nella gabbia. Pertanto, per questo tipo di costruzione, è meglio utilizzare nastro o materiale sulle cuciture che conduca l'elettricità e allo stesso tempo copra la cucitura.

Cosa puoi usare dai mezzi disponibili?

Puoi utilizzare tutto ciò che vedi nella tua casa purché sia ​​realizzato con materiali conduttivi. Ci sono molti esempi:

bidoni della spazzatura in metallo;

secchi;

scatole;

scatole;

alloggiamenti di forni a microonde, ecc.

È necessario mettere a terra la struttura?

Non c’è ancora consenso sulla necessità o meno di mettere a terra una gabbia di Faraday.

Ma questo dipende da molti fattori: dimensioni, dove e per cosa verrà utilizzato, ecc regole generali sono i seguenti: non è necessario mettere a terra le piccole strutture, ma per quelle grandi è necessario.

IN grande gabbia Potrebbero generarsi radiazioni elettromagnetiche che potrebbero causare danni a una persona se questa dovesse toccare accidentalmente il dispositivo di comando. Mentre dentro taglia piccola la radiazione cellulare è piccola.

Pertanto, prima di pensare alla progettazione, studiare attentamente le raccomandazioni per la messa a terra.

Come verificare il funzionamento di una gabbia di Faraday?

Puoi mettere una radio funzionante all'interno con qualche canale FM potente acceso. Se senti ancora la radio dopo aver chiuso la gabbia, significa che non è chiusa abbastanza ermeticamente.

Oppure puoi mettere dentro il cellulare e provare a chiamarlo. Se il telefono è fuori dal raggio di ricezione, il cellulare funziona bene.

Quindi ora sai cos'è, a cosa serve e come realizzare una gabbia di Faraday con le tue mani. Sia che acquisti una gabbia prefabbricata o decida di realizzarne una tu stesso, assicurati che le dimensioni siano adatte alle tue esigenze in modo da poter inserire tutto ciò che desideri. Non è così importante se sia necessario condurre esperimenti scientifici o proteggere i dispositivi elettronici dall'esposizione alle radiazioni elettromagnetiche. Puoi sempre creare facilmente la tua gabbia di Faraday utilizzando tutto ciò che hai a portata di mano.

2. Calcolo teorico del materiale assorbente per il pubblico

Sto scegliendo una scatola e un materiale conduttivo per un futuro modello semplice di gabbia di Faraday.

1. Scatola dielettrica (polipropilene) da una videocassettaVHS.

2. Un rotolo di foglio di alluminio conduttivo per uso alimentare.

Completo l'assemblaggio tecnologico del modello utilizzando la colla.. Sto testando il cellulare.

R. Per prima cosa compongo il numero del telefono, che è in una scatola chiusa. Finisce fuori dall'area di copertura della rete.

B. Poi provo a chiamare da un telefono che si trova in una scatola chiusa. Il telefono esterno non risponde affatto.

Calcolo dei materiali di consumo per l'aula di fisica:

Lunghezza – 6 metri; larghezza – 5 m; altezza – 3 m; area totale– 126 m 2 (soffitto, pavimento, quattro pareti);

Penofol: 4 rotoli (30 m·1,2 m·4 mm) – 8120 rubli;

Cartongesso - 25 fogli (1,2 m·3,0 m) - 8850 rubli (esclusi pavimento e finestre con doppi vetri);

Lenoleum 30 m 2 - 4800 rubli;

Carta da parati o carta da parati fotografica;

Viti autofilettanti per cartongesso;

Mastice e primer per pareti e nastro di rinforzo.

Prezzo totale 21.770 rubli.

Conclusione

Ha studiato il principio di funzionamento di una gabbia di Faraday. Il funzionamento del dispositivo si basa sulla capacità degli elettroni in un guscio elettricamente conduttivo chiuso di acquisire una carica quando entrano in un campo elettrico;

Realizzato un modello di una gabbia di Faraday. Questa scatola non è conduttiva e ha una superficie in alluminio. Ho scoperto che il dispositivo blocca le radiazioni elettromagnetiche;

Ho calcolato il costo del materiale per la classe in cui si terrà l'esame. Erano necessari materiali di base come cartongesso e penofol. Costi finanziari: 21.770 rubli. Kudryavtsev P. S. Faraday. – M., 1969.

Radovsky M. I. Mikhail Faraday. Saggio bibliografico. – M., 1946.

Radovsky M.I. – M., 1936.

Faraday M. Studi sperimentali sull'elettricità. Traduzione dall'inglese E.A. Chernysheva e Y.R. Schmidt-Chernysheva. - Accademia delle Scienze dell'URSS. 1947.

Applicazioni

Realizzare una gabbia di Faraday

Prova della gabbia di Faraday

Nel 1836, un certo scienziato inglese Michael Faraday condusse un esperimento molto interessante ed educativo. Secondo le sue istruzioni, una grande gabbia di legno veniva ricoperta con fogli di carta stagnola (staniol). Fu quindi isolato dalla superficie terrestre e fortemente caricato sfruttando la differenza di potenziale di una tale struttura con la terra che era così forte che quando i corpi collegati alla superficie terrestre si avvicinarono ad essa, volarono scintille dalla sua superficie esterna. Non c'è da stupirsi questa cella Faraday ha ispirato paura in molti testimoni oculari. Lo stesso fisico inglese si trovava all'interno della sua struttura, stringendo tra le mani un elettroscopio molto sensibile.

Cosa ha rivelato la gabbia di Faraday?

Durante il test è stato mostrato un dispositivo perfettamente funzionante nelle mani di un fisico completa assenza carica elettrica. Ciò significa che tale struttura può essere efficacemente utilizzata come scudo di recinzione. Successivamente si è scoperto che la capacità di un tale schermo di neutralizzare la radiazione elettromagnetica dipende in gran parte dallo spessore del suo materiale, dalla profondità dell'effetto superficiale e dal rapporto tra la dimensione delle aperture e la lunghezza delle onde che influenzano. Pertanto, hanno consentito alle persone di trovare un modo per proteggere le apparecchiature sensibili e la salute umana effetti dannosi potente Questa proprietà ricevuto ampia applicazione in pratica, ed è difficile immaginare cosa sarebbe successo all'umanità se non fosse stato per l'ingegno e il coraggio del coraggioso fisico.

Come funziona una gabbia di Faraday?

Quando un guscio elettricamente conduttivo chiuso entra in un campo elettrico, inizia a influenzare gli elettroni liberi, a seguito dei quali i lati opposti di tale struttura acquisiscono cariche, che a loro volta creano un campo che compensa completamente influenza esterna. Va notato che una gabbia di Faraday può proteggere solo da un campo elettrico. E il campo magnetico, purché statico, penetra liberamente all'interno. Pertanto, la bussola all'interno di tale struttura funzionerà correttamente. Nel caso di un campo elettrico dinamico, prossima cosa: crea un campo magnetico dinamico che, secondo le leggi della fisica, genera un proprio campo elettrico mutevole, che impedisce la creazione di un campo magnetico all'interno di tale schermo.

Gabbie di Faraday moderne

Attualmente il fenomeno scoperto dal fisico inglese viene utilizzato per cabine a radiofrequenza, stanze schermate e scatole RF. Tali locali sono ampiamente utilizzati ovunque sia necessario proteggere una persona da un campo elettrico. Come materiale elettricamente conduttivo si utilizzano ormai solitamente reti metalliche fini o lamiere di acciaio forato e le strutture stesse devono essere messe a terra per dissipare eventuali correnti elettriche, che può apparire dalla radiazione esterna.
Inoltre, la gabbia di Faraday è ampiamente utilizzata per condurre tutti i tipi di test su apparecchiature informatiche, componenti elettronici, ecc. Esistono anche speciali kit di schermatura individuale e alcune aziende offrono di proteggere le persone dai loro appartamenti per una maggiore sicurezza.

Anche se gli operatori cellulari finanziano generosamente scienziati corrotti attraverso sovvenzioni e scrivono una serie di rapporti sui benefici delle radiazioni a microonde per il corpo umano, ci sono persone che ancora si chiedono: è davvero sicuro? E perché le persone ricche e potenti che possiedono aziende di telefonia mobile e fabbriche che producono smartphone e apparecchiature Wi-Fi non hanno fretta di investire in fonti di emissioni radio ad alta frequenza? Per cittadini così attenti, la società francese Spartan ha rilasciato un dispositivo straordinario - una gabbia di Faraday portatile.

Cos'è una gabbia di Faraday?

Una gabbia di Faraday è un dispositivo che in realtà ricorda vagamente una gabbia, costituito da elementi conduttivi e progettato per proteggere dalle radiazioni elettromagnetiche. Un oggetto posto in una gabbia di Faraday non sarà influenzato dai campi EM esterni e viceversa. A proposito di in un linguaggio semplice, la cella è semplice e metodo efficace proteggersi dalle radiazioni.

Quindi la gabbia è stata inventata molto tempo fa, la sua efficacia è stata dimostrata, ma perché non poteva essere utilizzata prima per proteggersi dalle radiazioni dei cellulari? La risposta è ovvia: poche persone vogliono sedersi volontariamente in una gabbia. Anche per il bene della propria salute.

Rivoluzione tecnologica a Spartan

La svolta innovativa degli scienziati francesi di Spartan fu che furono i primi al mondo a pensare di rendere trasportabile una gabbia di Faraday. Una persona lo mette semplicemente su se stesso e può muoversi relativamente liberamente. Ma il problema rimaneva: la cella portante, da un punto di vista estetico, continuava a sembrare un idiota. Non tutti oserebbero venire a lavorarci. E poi gli scienziati hanno fatto una seconda rivoluzione tecnologica e hanno prodotto una cellula con un fattore di forma che potrebbe essere indossata sotto i vestiti. Scopri lo scudo elettromagnetico pelvico spartano.

Slip spartano (modello “Spartan”)

Le sbarre della gabbia sono realizzate sotto forma di fili d'argento intrecciati nel prodotto. Il dispositivo scherma fino al 99% delle radiazioni elettromagnetiche nella gamma delle microonde. Se vuoi porta il tuo smartphone alle tue uova (vedi foto). Se lo desideri, posiziona il laptop sugli effetti personali (vedi foto sotto). Il risultato è lo stesso: la parte più importante del corpo è protetta in modo affidabile dalle radiazioni.

Il costo del dispositivo è di 2.500 rubli. Lo scudo elettromagnetico testicolare sarà disponibile per l'acquisto a giugno 2017.