Klatka Faradaya – co to jest i jak działa?

Od wielu lat klatka Faradaya pozostaje jednym z najbardziej niezwykłych wynalazków w dziedzinie elektromagnetyzmu. Jej nazwa wzięła się od nazwiska Michaela Faradaya, który jako pierwszy opisał jej działanie. Klatka ta zyskała sławę dzięki swojej zdolności do blokowania fal elektromagnetycznych i ochrony przed ich wpływem. Dzięki swoim właściwościom klatka Faradaya znalazła wiele zastosowań w dzisiejszych czasach, chroniąc nas przed szkodliwymi promieniowaniem, zakłóceniami elektromagnetycznymi i innymi niebezpieczeństwami związanymi z działaniem urządzeń elektronicznych. W tym artykule zajmiemy się bliższym przyjrzeniem się temu niezwykłemu wynalazkowi! 

Czym jest klatka Faradaya?

Klatka Faradaya to metalowa obudowa lub ekran elektromagnetyczny, który jest używany do ochrony urządzeń elektronicznych przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. Klatka Faradaya działa jak osłona, która blokuje pole elektromagnetyczne z zewnątrz przed wpływaniem na urządzenia znajdujące się wewnątrz klatki.

Definicja według Wikipedii:

Klatka Faradaya – metalowy ekran mający chronić przed polem elektrostatycznym, wymyślony i skonstruowany w 1836 roku przez angielskiego fizyka Michaela Faradaya w celu demonstracji jednego z podstawowych praw elektrostatyki.

Kto wymyślił klatkę Faradaya? Historia powstania

Klatkę Faradaya nazwano na cześć brytyjskiego fizyka Michaela Faradaya, który badał elektromagnetyzm i elektrochemię w XIX wieku.

Pierwsze zastosowanie klatki Faradaya miało miejsce w 1836 roku, kiedy niemiecki fizyk Johann Wilhelm Ritter zbudował komorę Faradaya, która była metalowym kontenerem pokrytym od wewnątrz warstwą srebra. Kontener ten służył do izolacji substancji chemicznych przed zewnętrznymi wpływami elektrycznymi.

Później, w latach 50. i 60. XIX wieku, klatka Faradaya została opracowana przez brytyjskich naukowców, w tym Davida Brewstera, Petera Barlowa i Samuela Alfreda Varleya, którzy wykorzystywali ją do badań elektromagnetycznych.

Jak działa Klatka Faradaya?

Klatka Faradaya działa jako ekran elektromagnetyczny, który chroni urządzenia elektroniczne przed wpływem pól elektromagnetycznych z zewnątrz. Działa ona na zasadzie tłumienia lub odbijania fal elektromagnetycznych, które próbują wpłynąć na urządzenia znajdujące się wewnątrz klatki.

Klatka Faradaya składa się z metalowej obudowy lub siatki zbudowanej z przewodzącego materiału, takiego jak miedź lub aluminium. Metaliczna powierzchnia ekranu elektromagnetycznego tworzy tzw. “potencjał ziemi” lub “masę”, czyli poziom potencjału elektrycznego równy zeru, co pozwala na neutralizację pól elektromagnetycznych.

Gdy pole elektromagnetyczne napotyka klatkę Faradaya, przepływające przez nią prądy indukują przeciwny prąd w metalowej powierzchni ekranu, który w efekcie wytwarza pole magnetyczne o przeciwnym kierunku. Dzięki temu pole elektromagnetyczne jest tłumione i nie dociera do urządzeń znajdujących się wewnątrz klatki.

Zobacz także: Piorun, grzmot, błyskawica – czym są i jak powstają?

Istotne jest, aby klatka Faradaya była całkowicie zamknięta, a jej powierzchnia była wykonana z odpowiednio przewodzącego materiału. Niewłaściwe połączenia, przerwy lub ubytki w ekranie elektromagnetycznym mogą doprowadzić do przepływu prądów elektrycznych i osłabienia jego skuteczności jako ekranu.

W praktyce klatka Faradaya jest stosowana w różnych urządzeniach, takich jak komputery, telewizory, telefony komórkowe i radia, aby zabezpieczyć je przed zakłóceniami elektromagnetycznymi.

Krótki filmik na temat klatki Faradaya:

Jakie jest zastosowanie ma klatka Faradaya w dzisiejszych czasach?

Klatka Faradaya jest wciąż bardzo użytecznym narzędziem w dzisiejszych czasach. Poniżej przedstawiam kilka zastosowań klatki Faradaya:

• Ochrona urządzeń elektronicznych: Klatka Faradaya może służyć jako ekran elektromagnetyczny, który chroni urządzenia elektroniczne przed szkodliwymi interferencjami elektromagnetycznymi, takimi jak burze magnetyczne, fale radiowe i zakłócenia elektromagnetyczne.
• Ochrona przed niebezpiecznymi promieniowaniem: Klatka Faradaya może być wykorzystana jako ekran ochronny, który chroni przed niebezpiecznymi promieniowaniem, takim jak promieniowanie elektromagnetyczne, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma.
• Testowanie i blokowanie działania telefonów komórkowych: Klatka Faradaya może być użyta do testowania działania telefonów komórkowych, gdyż blokuje sygnały radiowe i uniemożliwia przepływ sygnału między telefonem a siecią.
• Badania naukowe: Klatka Faradaya jest wykorzystywana w badaniach naukowych do blokowania zakłóceń elektromagnetycznych, które mogą wpłynąć na wyniki eksperymentów.
• Bezpieczeństwo informatyczne: Klatka Faradaya jest wykorzystywana do ochrony poufnych informacji przed szpiegostwem elektromagnetycznym, gdyż blokuje przepływ fal elektromagnetycznych i utrudnia ich przechwycenie.
• Ochrona przed wyciekiem danych: Klatka może być wykorzystana do ochrony urządzeń przed wyciekiem danych, gdyż blokuje sygnały radiowe i zapobiega kradzieży danych przez hakerów.

Wszystkie te zastosowania pokazują, że klatka Faradaya wciąż jest bardzo użytecznym narzędziem w dzisiejszych czasach, ponieważ chroni przed niebezpiecznymi sygnałami elektromagnetycznymi i zapewnia ochronę przed szkodliwymi wpływami na urządzenia elektroniczne.

Czy jesteśmy bezpieczni, gdy piorun uderza w nasz samochód?

Jeśli piorun uderzy w samochód, to zazwyczaj nie powinno się nic stać osobom znajdującym się wewnątrz pojazdu. Samochód działa jako Faraday’s cage, czyli klatka Faradaya, co oznacza, że jego metalowa karoseria jest w stanie ochronić osoby znajdujące się wewnątrz przed przepływem prądu elektrycznego, który powstaje w wyniku uderzenia pioruna.

Kiedy piorun uderza w metalową karoserię samochodu, to prąd elektryczny rozchodzi się po powierzchni samochodu, a następnie jest odprowadzany na ziemię poprzez opony i systemy elektryczne pojazdu. Jednak w przypadku uderzenia pioruna w samochód, istnieje ryzyko uszkodzenia systemów elektrycznych pojazdu, takich jak układ zapłonowy, systemy elektroniczne i elektryczne, a także opony.

Dlatego też, jeśli jest to możliwe, warto unikać jazdy samochodem w czasie burzy. Jeśli jednak zdarzy się sytuacja, w której trzeba jechać samochodem podczas burzy, to warto zachować ostrożność i przestrzegać zasad bezpieczeństwa drogowego, takich jak utrzymanie odpowiedniej odległości od innych pojazdów i zmniejszenie prędkości, aby zminimalizować ryzyko wypadku spowodowanego przez złe warunki atmosferyczne.

Czy samochód jest przykładem klatki Faradaya? Jak podaje Wikipedia:

Pogląd, że samochód jest przykładem klatki Faradaya, też jest prawdziwy w pewnym przybliżeniu – samochód byłby idealną klatką Faradaya, gdyby nie miał okien. Dla elektrostatyki samochód osobowy może być z dobrym przybliżeniem traktowany jak klatka Faradaya, ale nie jest dla fal radiowych krótszych od wielkości okien i dlatego antena radiowych fal średnich i długich musi być wyniesiona poza samochód, natomiast fal ultrakrótkich powinna, ale nie musi; fale używane przez telefon komórkowy są osłabiane w znacznie mniejszym stopniu.

Jak zrobić klatkę Faradaya w domu?

Można zrobić prostą klatkę Faradaya w domu za pomocą kilku elementów, takich jak:

1. metalowy garnek lub puszka
2. folia aluminiowa lub siatka metalowa
3. kawałek przewodu z izolacją
4. klej do metalu

Instrukcja, krok po kroku:

• Wybierz metalowy garnek lub puszkę, który będzie służył jako podstawa klatki Faradaya. Należy upewnić się, że garnek lub puszka jest wykonany z przewodzącego metalu, takiego jak miedź lub aluminium.
• Nałóż na garnek lub puszkę warstwę folii aluminiowej lub siatki metalowej, zginając krawędzie na zewnątrz, aby utworzyć przyłącza. Upewnij się, że folia lub siatka jest ściśle przylegająca do powierzchni garnka lub puszki.
• Przyciąć kawałek przewodu z izolacją i odsłonić końce przewodu.
• Przytwierdź jeden koniec przewodu do folii aluminiowej lub siatki metalowej na garnku lub puszce, używając kleju do metalu, a drugi koniec do gniazda uziemienia.
• Aby przetestować klatkę Faradaya, umieść wewnątrz urządzenie elektroniczne, takie jak radio lub telefon komórkowy, a następnie włącz je. Następnie przykryj urządzenie metalowym pokryciem, takim jak inny garnek lub puszka, aby uniemożliwić dostęp falom elektromagnetycznym z zewnątrz.

Jeśli klatka Faradaya działa prawidłowo, to urządzenie powinno przestać odbierać sygnały radiowe lub innych sygnałów elektromagnetycznych, co potwierdzi, że klatka działa jako ekran elektromagnetyczny.