Ci sono alte probabilità che tu abbia trascorso una quantità significativa del tuo tempo in una gabbia di Faraday ad un certo punto della tua vita. Si potrebbe anche avere uno nella vostra cucina. Sorpreso?

Inventati per la prima volta nel 1836 dal venerabile scienziato inglese Michael Faraday, sono diventati onnipresenti nel nostro mondo tecnologico moderno. Da tenerti al sicuro nell’aria a mantenere i segreti di stato, sono strumenti semplici ma molto potenti.

Nel seguente articolo, daremo una rapida occhiata a quello che sono e dare un’occhiata a come funzionano effettivamente.,

Che cos’è una gabbia di Faraday?

Una gabbia di Faraday, a volte conosciuta come scudo di Faraday, è un involucro che viene utilizzato per proteggere le cose dai campi elettromagnetici (sia statici che non statici).

L’elettricità statica è quella in cui le cariche sono a riposo, da qui il nome. Essi, in effetti, si accumulano sulla superficie di un particolare isolante.

L’elettricità non statica o corrente è dove gli elettroni si muovono all’interno di un conduttore. Le gabbie di Faraday sono in grado di proteggere il loro contenuto, o addirittura gli occupanti, dal sentire gli effetti di entrambi.,

Possono essere costituiti da una copertura continua di materiale conduttivo o da una maglia fine di materiale conduttivo.

Le gabbie di Faraday prendono il nome dal loro inventore, lo scienziato inglese Michael Faraday. Li ha ideati nel 1836.

Variano nel design e nelle dimensioni da semplici recinzioni a catena a maglie metalliche sottili dall’aspetto delicato.

Indipendentemente dal loro aspetto esatto, tutte le gabbie di Faraday prendono cariche elettrostatiche, o anche alcuni tipi di radiazioni elettromagnetiche, e le distribuiscono intorno all’esterno della gabbia.

Quando è stata inventata la gabbia di Faraday?,

Nel 1800 Michael Faraday aveva messo la sua notevole intelligenza per l’indagine di energia elettrica. Ben presto si rese conto che un conduttore elettrico (come una gabbia di metallo) quando carica sembrava esibire quella carica solo sulla sua superficie.

Sembrava non avere alcun effetto sull’interno del conduttore.

Si propose di dimostrarlo su scala più ampia e, nel 1836, ideò un ambizioso esperimento.

Durante l’esperimento ormai leggendario, Michael Faraday foderato una stanza in lamina di metallo., Ha poi permesso scariche ad alta tensione da un generatore elettrostatico per colpire l’esterno della stanza.

Ha quindi utilizzato un dispositivo speciale chiamato elettroscopio (un dispositivo che rileva le cariche elettriche) per dimostrare in modo conclusivo la sua ipotesi In quanto aveva sospettato che la stanza fosse completamente priva di carica elettrica.

Ha anche confermato che solo la superficie esterna della lamina metallica conduceva qualsiasi corrente.,

Faraday in seguito riaffermò le sue osservazioni con un altro famoso esperimento: il suo esperimento ice pail. Durante questo esperimento, ha duplicato un precedente esperimento di Benjamin Franklin.

Michael ha abbassato una palla di ottone carica in una tazza di metallo. Come anticipato, l’esperimento confermò le osservazioni precedenti di Franklin e le sue.

Anche Benjamin Franklin merita un po ‘ di credito

Anche se oggi questo tipo di apparato porta il nome di Michael Faraday, Benjamin Franklin dovrebbe essere riconosciuto per i suoi contributi quasi 90 anni prima.

Nel 1755, il sig., Franklin ha osservato un fenomeno simile. Abbassò una palla di sughero non caricata, su un filo di seta, attraverso un’apertura in una lattina di metallo caricata elettricamente.

Egli ha osservato che “il tappo di sughero non è stata attratta all’interno del possibile, come sarebbe stato al di fuori, e anche se ha toccato il fondo, ma quando sono tirati fuori non è stato trovato per essere elettrificati (a pagamento) da quel tocco, come sarebbe stato toccando l’esterno. Il fatto è singolare.,”

Fu anche in grado di dimostrare che il tappo era influenzato dalla carica elettrostatica della lattina penzolandola vicino all’esterno della lattina. La palla di sughero è stata immediatamente disegnata verso la superficie della lattina.

Questo, come ci si potrebbe aspettare, mistificato Franklin al momento. Ha anche ammesso la sua confusione a un collega in una lettera.

” Hai bisogno del motivo; non lo so. Forse lo scoprirete, e allora sarete così bravi da comunicarmelo.,”

Mentre scoprì l’effetto anni prima di Faraday, Franklin non avrebbe mai sviluppato pienamente una ragione per le sue curiose osservazioni. Che sarebbe stato lasciato al grande Michael Faraday decenni più tardi.

Come funzionano le gabbie di Faraday?

In parole povere, le gabbie di Faraday distribuiscono la carica elettrostatica attorno al loro esterno. Essi, quindi, fungono da scudo per qualsiasi cosa al loro interno.

Sono, a questo proposito, una forma di conduttore cavo in cui la carica elettromagnetica rimane solo sulla superficie esterna della gabbia.,

Ma in realtà, come molte cose, è un po ‘ più complicato di così.

A meno che tu non abbia familiarità con il concetto di elettricità e conduttori, potresti voler rispolverare prima di andare avanti. Questo video offre un piccolo aggiornamento sull’argomento.

In sostanza, i conduttori hanno un serbatoio di elettroni liberi che consentono loro di condurre elettricità. Quando non c’è carica elettrica presente il conduttore ha, più o meno, lo stesso numero di particelle positive e negative in tutto.,

Se un oggetto carico elettrico esterno si avvicina alla gabbia, le particelle positive (nuclei) e negative libere (elettroni) nel conduttore si separano improvvisamente.

Se l’oggetto in avvicinamento è caricato positivamente, gli elettroni in movimento libero sciamano verso di esso.

Questo lascia il resto del materiale della gabbia relativamente privo di elettroni caricati negativamente dandogli una carica positiva. Se l’oggetto in avvicinamento viene caricato negativamente, si verifica il contrario e gli elettroni vengono respinti, ma l’effetto netto è lo stesso, solo al contrario.,

Questo processo è chiamato induzione elettrostatica e crea un campo elettrico opposto a quello dell’oggetto esterno.

Questo processo annulla efficacemente il campo elettrico esterno in tutta la gabbia. È questo fenomeno che isola l’interno della gabbia dal campo elettrico esterno.

A cosa servono le gabbie di Faraday?

Come puoi immaginare queste gabbie sono piuttosto utili in una varietà di applicazioni. È probabile che tu sia stato in uno molto recentemente.

Gli esempi più famosi sono automobili e aerei., Sia le fusoliere di un aereo che di un’auto fungono da gabbie Faraday per i loro occupanti.

Mentre meno di un problema per le auto, in aria illuminazione scioperi sono piuttosto un evento comune. Grazie agli aerei esterni in alluminio, quando ciò accade sia gli aerei delicati avionica e passeggeri inestimabili sono lasciati completamente illesi.

Incredibilmente opportunamente, le camere di scansione MRI sono effettivamente imitazioni del famoso esperimento di Faraday del 1836. Devono essere costruiti in questo modo per evitare che i segnali di radiofrequenza esterni vengano aggiunti ai dati della macchina MRI.,

Se fosse permesso loro di penetrare nella stanza potrebbe compromettere seriamente le immagini risultanti. Nonostante questo gli operatori sono solitamente addestrati a rilevare interferenze RF nel caso improbabile che la gabbia di Faraday sia danneggiata.

I forni a microonde sono un altro notevole esempio di uso quotidiano delle gabbie di Faraday. Tuttavia, a differenza di altre applicazioni, sono progettati per funzionare in senso inverso e mantenere la radiazione a microonde all’interno del forno.

Si può effettivamente vedere parte della gabbia sulla finestra trasparente del forno a microonde.

Molti edifici sono anche gabbie accidentali di Faraday, come risulta., Grande uso di metallo tondo per cemento armato o rete metallica può devastare con reti internet wireless e segnali cellulari.

Un’altra interessante applicazione delle gabbie di Faraday è utilizzata dai militari e da altre organizzazioni. Le gabbie di Faraday sono spesso utilizzate per proteggere l’IT vitale e altre apparecchiature elettriche dagli attacchi EMP e dai fulmini.

Sono anche ampiamente utilizzati in situazioni in cui i dispositivi di intercettazione devono essere bloccati. I politici e altri incontri di alto livello spesso scelgono di discutere questioni sensibili in speciali sale schermate di design a gabbia di Faraday.,

Le gabbie di Faraday sono efficaci al 100%?

L’efficacia della gabbia di Faraday è definita dal design, dalle dimensioni e dalla scelta dei materiali da costruzione delle gabbie. Se di una costruzione di tipo mesh, proteggeranno i loro interni se il conduttore è abbastanza spesso e i fori nella maglia sono più piccoli della lunghezza d’onda della radiazione in questione.

Eppure, per quanto sorprendenti siano le gabbie e gli scudi di Faraday, sono tutt’altro che perfetti., Nel complesso, non forniscono il 100% di isolamento dalle onde elettromagnetiche.

Mentre le lunghezze d’onda più lunghe, come le onde radio, tendono ad essere fortemente attenuate o bloccate dalla gabbia, le trasmissioni a frequenza ad alta potenza in campo vicino come HF RFID sono solitamente in grado di penetrare nello scudo.

Detto questo, le costruzioni a gabbia solida, come contrapposte alle forme a maglie, tendono a fornire una migliore quantità di schermatura su una gamma più ampia di frequenze.

I forni a microonde sono un ottimo esempio del fatto che le gabbie di Faraday non sono efficaci al 100% come scudi EM., La maggior parte non blocca tutte le radiazioni a microonde dalla fuoriuscita dal dispositivo.

Ma questo non è nulla di cui preoccuparsi. Non solo la radiazione non è ionizzante, ma i forni a microonde sono sottoposti a test approfonditi prima di essere rilasciati per la vendita generale.

La FDA, ad esempio, consente una piccola quantità di perdite dai forni a microonde. Questo è attualmente impostato su 5 mW / cm2.