Клетка фарадея и разряд молнии расчет формулы. Что такое клетка фарадея

Великий английский ученый Майкл Фарадей известен всему миру, как первооткрыватель , 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 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 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.

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

Принцип действия

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

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

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

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

Сферы применения эффекта КФ

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

РЧ-кабина

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

МРТ помещения

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

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

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

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

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

Лаборатории

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

Защитные костюмы

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

Безопасная рабочая одежда предназначена для предотвращения воздействия:

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

В мире развлечений

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

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

Надо ли делать заземление

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

Клетка Фарадея своими руками

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

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

Пример изготовления КФ в домашних условиях

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

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

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

Тестирование КФ

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

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

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

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

Видео

Легче глушилку мощную блокиратор мобильных телефонов установить в помещении (дешевше и проще) Они продаются в Интернете например здесь Во многих кинотеатрах, театрах, храмах, гос. учреждениях, исправительных колониях и тюрьмах стоят, в Большом театре тоже, например, стоят и при чем негласно.
Цитата:
Функции и применение блокираторов мобильной связи

По мере экстремального развития сотовой связи в последнее десятилетие на ряду с несомненной ее пользой человечество получило и ряд глобальных неудобств. Да! Мы ежедневно подвергаемся тотальной слежке благодаря нашему маленькому другу – мобильнику. Наши разговоры спец органы могут прослушать когда захотят и где захотят, кроме этого, сами телефоны приносят ряд неудобств там, где применение их не совсем целесообразно. Ведь культуры общения у нас как не было так и нет ныне. Существуют определенные места и даже зоны, где мобильная связь не только мешает, но может быть очень критична, например в переговорных, в концертном зале, в аудитории (список можете без руда продолжить)…короче, там, где внезапным звонком можно нарушить и рабочую атмосферу и просто тишину…
Добиться экранирования или подавления сотовой связи можно применением блокираторов сотовых телефонов, тем самым подчас сохранив Вашу информацию. Деньги и нервы.Глушилки сотовых экранируют сигнал между телефонами и базовыми станциями сотовых операторов ослабляя его до нуля или делала его уровень незначительным. Итак, давайте обсудим места, где применение подавителя сотовой связи целесообразно:
Различные аудитории для экзаменов, автозаправочные станции, кинозалы, больницы, военные базы, районы разведки, церкви, залы суда, тюрьмы и места международных соревнований.
В аудитории для экзаменов блокиратор связи поможет остановить жульничество с помощью современной аппаратуры.
На автозаправочных станциях и около нефтесборника подавитель сигнала сотовых блокирует сигнал взрывчатых устройств активируемых дистанционно В переговорных с помощью глушилки мобильных телефонов можно сохранить рабочую атмосферу, а в кинозалах, театре, студиях звукозаписи просто сохранит столь необходимую тишину.
В больницах также зачастую применяются глушители сигнала мобильной связи, поскольку мобильные телефоны могут внести погрешности в различные измерительные приборы и медицинские системы.
Не секрет, что мобильные телефоны легко прослушать и именно поэтому применение блокираторов сотовых телефонов на военных базах способствует сохранению военной тайны.
Применение блокираторов связи в церквях, мечетях не обсуждается из-за этических соображений, потому, что как было сказано нормы морали в нашем обществе плавают. Очень много среди наших клиентов и зон заключения различного режима, все потому что мобильные телефоны в руках заключенных нередко становятся средствами мошенничества.
Есть и другие причины использовать подавители работы мобильных телефонов и других видов связи и места использования могут быть совершенно другими, но так или иначе в большинстве случаев блокиратор связи как не парадоксально приобретается именно для обеспечения спокойствия и порядка.

Хотя сотовые операторы щедро финансируют продажных ученых через гранты и те пишут пачками доклады о пользе СВЧ-излучения для организма человека, находятся люди, которые всё же задумываются: а так ли это безопасно? И почему богатые и могущественные люди, владеющие сотовыми компаниями и фабриками по производству смартфонов и Wi-Fi-оборудования, сами не спешат обкладываться источниками высокочастотного радиоизлучения, а Для таких размышляющих граждан французская компания Spartan выпустила удивительный девайс - портативную клетку Фарадея.

Что такое клетка Фарадея?

Клетка Фарадея - устройство, действительно отдаленно напоминающее клетку, которое выполнено из токопроводящих элементов и предназначено для защиты от электромагнитного излучения. Предмет, помещенный в клетку Фарадея, не будет испытывать воздействие внешних ЭМ-полей и наоборот. Говоря простым языком, клетка - простой и эффективный способ защититься от излучения.

Итак, клетка придумана давно, эффективность доказана, но почему ее раньше нельзя было использовать для защиты от излучения мобильников? Ответ очевиден: мало кто захочет добровольно сидеть в клетке. Даже ради собственного здоровья.

Технологическая революция в Spartan

Инновационный прорыв французских ученых из Spartan заключался в том, что они первыми в мире догадались сделать клетку Фарадея транспортируемой. Человек просто одевает ее на себя и может относительно свободно передвигаться. Но оставалась проблема - клетконоситель, с эстетической точки зрения, продолжал выглядеть как ушлепок. Не каждый бы решился прийти в ней на работу. И тогда ученые совершили вторую технологическую революцию и изготовили клетку в форм-факторе, предполагающем ношение под одеждой. Встречайте - тазовый электромагнитный щит «Spartan».

Трусы Spartan (модель «Спартанец»)

Прутья клетки выполнены в виде серебряных нитей, вплетенных в изделие. Девайс экранирует до 99% электромагнитного излучения СВЧ-диапазона. Хочешь - подноси смартфон к яйцам (см. фото). Хочешь - расположи ноутбук на причиндалах (см. фото ниже). Результат один - самая важная часть организма надежно защищена от облучения.

Себестоимость устройства - 2 500 рублей. Приобрести тестикульный электромагнитный щит можно будет уже в июне 2017 года.