ไมเคิล ฟาราเดย์ นักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ที่ยอดเยี่ยมแห่งศตวรรษที่ 19 เป็นที่รู้จักจากผลงานด้านไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้า และปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกี่ยวข้อง การค้นพบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งคือโครงสร้างป้องกันที่เรียกว่ากรงฟาราเดย์ ด้านล่างเราจะเข้าใจว่ามันคืออะไรและคุณค่าของสิ่งประดิษฐ์นี้เป็นอย่างไร
เนื้อหา
กรงฟาราเดย์คืออะไร
กรงฟาราเดย์เป็นกล่องที่มีผนังทำจากโลหะที่นำไฟฟ้าได้สูง การออกแบบไม่ต้องการการเชื่อมต่อพลังงานภายนอก แต่ตามกฎแล้วมีการต่อสายดิน ผลกระทบทางกายภาพของเซลล์นั้นแสดงออกภายใต้อิทธิพลของปัจจัยภายนอกซึ่งก็คือการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
โครงสร้างแรกที่แสดงให้เห็นถึงเอฟเฟกต์การป้องกันดูเหมือนเซลล์ธรรมดาซึ่งให้ชื่อแก่ปรากฏการณ์นี้อันที่จริงลวดหรือผนังที่มีรูพรุนของ "กล่อง" นั้นสะดวกสำหรับการควบคุมด้วยสายตาของวัตถุหรืออุปกรณ์ที่อยู่ภายในพื้นที่ จำกัด แต่สามารถเปลี่ยนเป็นของแข็งได้อย่างง่ายดาย สิ่งสำคัญคือวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า
หลักการทำงาน
การกระทำของกรงฟาราเดย์นั้นขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าประจุเมื่อเข้าสู่ตัวนำนั้นถูกกระจายบนพื้นผิวของมันในขณะที่ด้านในยังคงเป็นกลาง อันที่จริง เซลล์ทั้งหมดซึ่งประกอบด้วยวัสดุนำไฟฟ้าเป็นตัวนำเดี่ยว "ปลาย" ซึ่งได้รับประจุตรงกันข้าม กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะสร้างสนามที่ชดเชยอิทธิพลภายนอก ความแรงของสนามไฟฟ้าในส่วนด้านในของโครงสร้างดังกล่าวเป็นศูนย์
ที่น่าสนใจคือถ้าฟิลด์ถูกสร้างขึ้นภายในเซลล์ เอฟเฟกต์ก็จะได้ผลเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ในสถานการณ์สมมตินี้ ประจุจะถูกกระจายไปทั่วพื้นผิวด้านในของกริดหรือระนาบนำไฟฟ้าอื่นๆ และจะไม่สามารถเจาะทะลุภายนอกได้
ในคำศัพท์ภาษาอังกฤษ CF ฟังดูเหมือน "Faraday shield" นั่นคือ "Faraday shield / screen" แนวคิดนี้สื่อถึงแก่นแท้ของอุปกรณ์ได้เป็นอย่างดี ซึ่งก็เหมือนกับเกราะหรือหน้าจอป้องกัน ที่สะท้อนรังสีที่ส่งผลต่อเนื้อหาภายในเครื่อง
ควรจำไว้ว่าเอฟเฟกต์การป้องกันนั้นใช้ได้เฉพาะกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับเท่านั้น ไม่รบกวนผลกระทบทางแม่เหล็กคงที่หรือแปรผันเล็กน้อย เช่น ศักย์แม่เหล็กตามธรรมชาติของโลก
เพื่อตรวจสอบว่าห้องฟาราเดย์จะสะท้อนการแผ่รังสีความถี่สูงหรือไม่ ก็เพียงพอที่จะทราบขนาดของเซลล์กริด (หากส่วนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าทำขึ้นในรูปของกรง) และความยาวคลื่นของคลื่นที่กระทำการก่อสร้างจะมีผลถ้าค่าที่สองมากกว่าค่าแรก
ขอบเขตของการใช้เอฟเฟกต์ CF
เอฟเฟกต์ที่ฟาราเดย์ค้นพบไม่เพียงแต่มีความหมายทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังใช้งานได้จริงในวงกว้างอีกด้วย ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของกรงฟาราเดย์สามารถพบได้ในชีวิตประจำวัน ซึ่งมีอยู่ในเกือบทุกห้องครัว - นี่คือเตาอบไมโครเวฟ ผนังทั้งห้าของตัวรถทำจากแผ่นเหล็กหนาพอสมควร และระหว่างกระจกประตู 2 ชั้นจะมีชั้นโลหะที่มีรูพรุนเพื่อให้มองเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น
ห้องโดยสาร RF
ห้องโดยสารความถี่วิทยุเป็นห้องที่แยกจากผลกระทบของการปล่อยไฟฟ้า แม่เหล็ก และวิทยุ ซึ่งมักจะเป็นพื้นที่ขนาดเล็ก ผนัง พื้นและเพดานมีตะแกรงนำไฟฟ้าสูงซึ่งสร้างเป็นกรงปิดแต่มองไม่เห็น
ห้อง MRI
อุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง เช่น เครื่องตรวจเอกซเรย์ทางการแพทย์สำหรับการวินิจฉัยด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก จำเป็นต้องมีการป้องกันอย่างระมัดระวังจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก อิทธิพลภายนอกเพียงเล็กน้อยอาจส่งผลต่อผลการศึกษา ดังนั้นห้องที่หน่วย MRI ตั้งอยู่จึงได้รับการป้องกันอย่างสมบูรณ์
ห้องปฏิบัติการ
ในการวิจัยในห้องปฏิบัติการ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ ไม่เพียงแต่การใช้อุปกรณ์ขั้นสูงเท่านั้น แต่ยังต้องปกป้องอุปกรณ์จากปัจจัยภายนอก เช่น สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าอย่างน่าเชื่อถือด้วย
ควรเข้าใจว่าสิ่งนี้ไม่ได้หมายถึงการแผ่รังสีทิศทางจากแหล่งกำเนิดเฉพาะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่ในบรรยากาศอย่างต่อเนื่องโดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีประชากรและในบริเวณใกล้เคียง
สำหรับการป้องกันอุปกรณ์คุณภาพสูงที่มีเอฟเฟกต์ CF จำเป็นต้องมีการคำนวณการออกแบบเฉพาะและการติดตั้งอย่างมืออาชีพ
ชุดป้องกัน
สำหรับผู้ที่ทำงานในพื้นที่ที่มีโอกาสเกิดไฟฟ้าช็อตสูง ได้มีการพัฒนาชุดพิเศษขึ้น ชั้นบนของพวกเขาทำจากผ้าที่มีโลหะและถูกแยกออกจากร่างกายด้วยวัสดุที่เป็นฉนวน ในกรณีที่มีไฟฟ้าสถิตย์หรือกระแสไฟฟ้าตกค้าง ประจุจะไหลลงมาที่เปลือกนอกของชุดอุปกรณ์
ชุดป้องกันเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้เมื่อทำงานกับสายไฟฟ้าแรงสูง แม้จะไม่ได้รับพลังงาน แต่ก็ยังมีประจุไฟฟ้าสถิตในระดับที่เป็นอันตรายเนื่องจากสายไฟยาวหลายกิโลเมตร
ในโลกแห่งความบันเทิง
เอฟเฟกต์ CF ที่แสดงสีสันบนเวทีนั้นงดงามมาก ในกรณีนี้ มักไม่ใช้กรงธรรมดา แต่เป็นเปลือกที่ดูเหมือนไร้น้ำหนักซึ่งทำจากตาข่ายหยาบ หรือแม้แต่ชุดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งดูเหมือนเสื้อผ้าธรรมดา ในกรณีนี้ กระแสจะถูกจ่ายอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ตัวอย่างเช่น การใช้ขดลวดเทสลาหรืออุปกรณ์ที่คล้ายกันที่สร้างประจุจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิต
ทำกรงฟาราเดย์ด้วยมือของคุณเอง
ในชีวิตประจำวัน การผลิต CF แบบโฮมเมดอาจจำเป็นต้อง "ซ่อน" อุปกรณ์จากการกระทำของคลื่นต่างๆ ที่อาจทำให้เกิดการรบกวนใน "การบรรจุ" ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน
ตัวอย่างของการออกแบบดังกล่าวคือกล่องไม้อัดที่ทำเสร็จแล้วด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง เนื่องจากไม้อัดทำหน้าที่เป็นชั้นฉนวน จึงต้องสะอาดและแห้งสนิท คุณสามารถประกอบกล่องด้วยมือของคุณเองหรือเตรียมให้พร้อม - สิ่งสำคัญคือประกอบโดยไม่ต้องใช้ตะปูหรือตัวยึดโลหะอื่น ๆ การประกอบจะดำเนินการในหลายขั้นตอน:
- ฟอยล์อาหารแบ่งออกเป็นส่วน ๆ ตามขนาดของผนังไม้อัดหรือช่องว่าง
- พื้นผิวของกล่องในอนาคตถูกตัดแต่งด้วยกระดาษฟอยล์จากด้านนอก ในกรณีนี้ควรหันด้านที่มันวาวออกด้านนอก
- ผนังถูกยึดจากด้านในด้วยเทปกาว และวางแผ่นรองเมาส์ไว้ที่ด้านล่างของกล่อง
- มีการตรวจสอบอย่างรอบคอบว่าในตำแหน่งปิดของฝา ชั้นฟอยล์จะสร้างเปลือกต่อเนื่องโดยไม่มีช่องว่างและแตกหักเพียงเล็กน้อย
ตัวเลือกที่สองอนุมานว่าถังโลหะที่ต้องทำด้วยตัวเอง (กระทะ กล่อง กล่อง ฯลฯ) ทำหน้าที่เป็นพื้นฐานของกรงฟาราเดย์ ซึ่งภายในฉนวนทำด้วยกระดาษแข็ง ไม้อัดเดียวกันหรือวัสดุอื่นๆ สภาพของฝาปิดที่พอดีสำหรับการออกแบบนี้มีความสำคัญไม่น้อยไปกว่าแบบที่อธิบายข้างต้น
ฉันจำเป็นต้องต่อสายดินหรือไม่?
ไม่มีฉันทามติเกี่ยวกับความจำเป็นในการต่อสายดิน CF จำเป็นสำหรับโครงสร้างขนาดใหญ่ที่มีกราวด์และโครงสร้างที่อาจได้รับผลกระทบจากการปล่อยไฟฟ้าที่มีกำลังสูงเป็นพิเศษ
แน่นอนว่าการลงกราวด์ช่วยป้องกันสถานการณ์ฉุกเฉินเมื่อประจุที่สะสมแรงสามารถ "ทะลุ" อากาศและกระแทกวัตถุหรือบุคคลใกล้เคียงได้
การทดสอบ Faraday Cage แบบโฮมเมด
เพื่อทดสอบหลักการของกรงฟาราเดย์ในทางปฏิบัติ จะสะดวกที่สุดถ้าใช้วิทยุที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ขนาดกะทัดรัด ควรเปิดที่ระดับเสียงสูงสุดและปรับเป็นช่อง FM ที่ทรงพลังที่สุดที่มี หากเซลล์ทำงาน วิทยุในเซลล์จะถูกปิดเสียง
หากเครื่องรับมีเสียงเพียงเล็กน้อย แต่ได้ยิน แสดงว่าไม่สามารถคัดกรองได้ 100 เปอร์เซ็นต์ และควรมองหาช่องว่างในชั้นสื่อกระแสไฟฟ้า
เหมาะสำหรับการทดสอบกล้องที่ประกอบเองและโทรศัพท์มือถือ เมื่อเข้าไปข้างในจะหยุดรับสัญญาณจากสถานีฐาน นั่นคือ เมื่อคุณโทรเข้า คุณจะได้ยินข้อความที่เกี่ยวข้องจากผู้แจ้งอัตโนมัติของผู้ให้บริการมือถือ
บทความที่คล้ายกัน:
