Le brillant scientifique et inventeur du XIXe siècle, Michael Faraday, est connu pour son travail actif sur l'électricité, le champ électromagnétique et les phénomènes physiques connexes. L'une des découvertes les plus importantes a été une structure de protection appelée la cage de Faraday. Nous comprendrons ci-dessous de quoi il s'agit et quelle valeur pratique représente l'invention.
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Qu'est-ce qu'une cage de Faraday
Une cage de Faraday est une boîte dont les parois sont constituées d'un métal hautement conducteur. La conception ne nécessite pas de connexion d'alimentation externe, mais, en règle générale, est mise à la terre. L'effet physique de la cellule se manifeste sous l'influence d'un facteur externe, qui est le rayonnement électromagnétique.
Les premières constructions à démontrer l'effet de blindage ressemblaient à une cellule ordinaire, d'où le nom de ce phénomène.En fait, les parois grillagées ou perforées de la "boîte" sont pratiques pour le contrôle visuel d'objets ou d'appareils situés à l'intérieur d'un espace confiné, mais elles peuvent être facilement remplacées par des solides. L'essentiel est que le matériau soit conducteur.
Principe de fonctionnement
L'action de la cage de Faraday repose sur le fait que la charge, lorsqu'elle pénètre dans le conducteur, se répartit sur sa surface, tandis que l'intérieur reste neutre. En fait, la cellule entière, constituée d'un matériau conducteur, est un seul conducteur dont les "extrémités" acquièrent la charge opposée. Le courant électrique qui en résulte crée un champ qui compense les influences extérieures. L'intensité du champ électrique dans la partie interne d'une telle structure est nulle.
Fait intéressant, si le champ est généré à l'intérieur de la cellule, l'effet fonctionne également. Cependant, dans ce scénario, la charge sera répartie sur la surface intérieure de la grille ou autre plan conducteur et ne pourra pas pénétrer à l'extérieur.
Dans la terminologie anglaise, CF sonne comme "bouclier de Faraday", c'est-à-dire "bouclier / écran de Faraday". Ce concept traduit bien l'essence de l'appareil qui, à la manière d'un bouclier ou d'un écran de protection, réfléchit les rayons qui affectent son contenu.
Il convient de rappeler que l'effet de blindage ne fonctionne que sur un champ magnétique alternatif. Il n'interfère pas avec un effet magnétique constant ou légèrement variable, par exemple le potentiel magnétique naturel de la Terre.
Pour déterminer si la chambre de Faraday réfléchira le rayonnement haute fréquence, il suffit de connaître la taille des cellules de la grille (si la partie conductrice est réalisée sous la forme d'une cage) et la longueur d'onde de l'onde agissante.La construction est effective si la deuxième valeur est supérieure à la première.
Domaines d'application de l'effet CF
L'effet découvert par Faraday a non seulement une signification scientifique, mais aussi une application pratique assez large. L'exemple le plus simple d'une cage de Faraday peut être trouvé dans la vie de tous les jours, il est présent dans presque toutes les cuisines - c'est un four à micro-ondes. Cinq parois de son corps sont constituées de plaques d'acier assez épaisses, et entre les deux couches de verre de la porte se trouve une couche métallique avec des perforations pour une meilleure visibilité.
Cabine RF
Une cabine radiofréquence est une pièce isolée des effets des émissions électriques, magnétiques et radio, généralement d'une petite surface. Ses parois, son sol et son plafond sont équipés de grilles hautement conductrices qui forment une cage fermée mais invisible.
Salles d'IRM
Les équipements de haute précision tels qu'un tomographe médical pour le diagnostic par résonance magnétique nécessitent une protection minutieuse contre les ondes électromagnétiques externes. La moindre influence extérieure peut affecter le résultat de l'étude, de sorte que la pièce dans laquelle se trouve l'unité d'IRM est complètement blindée.
Laboratoires
Dans la recherche en laboratoire, afin d'obtenir des résultats précis, il est important non seulement d'utiliser un équipement de pointe, mais également de le protéger de manière fiable des facteurs externes tels que les champs magnétiques et électriques.
Il faut comprendre qu'il s'agit non seulement du rayonnement directionnel provenant de sources spécifiques, mais également du bruit électromagnétique constamment présent dans l'atmosphère, en particulier dans les zones peuplées et à proximité.
Pour un blindage de haute qualité des équipements avec l'effet CF, des calculs de conception spécialisés et une installation professionnelle sont nécessaires.
Combinaisons de protection
Pour les personnes travaillant dans des zones à forte probabilité de choc électrique, des combinaisons spéciales ont été développées. Leur couche supérieure est en tissu contenant du métal et est séparée du corps par un matériau isolant. En cas de courant statique ou électrique résiduel, la charge s'écoule le long de l'enveloppe extérieure du kit.
Les vêtements de protection sont indispensables pour travailler avec des lignes à haute tension. Même hors tension, ils conservent un niveau de charge statique dangereux dû aux nombreux kilomètres de fils électriques.
Dans le monde du divertissement
L'effet CF, coloré sur scène, est très spectaculaire. Dans ce cas, on n'utilise pas souvent une simple cage, mais une coquille apparemment en apesanteur faite de mailles grossières, ou même un costume spécialement conçu qui ressemble à des vêtements ordinaires. Dans ce cas, le courant est fourni aussi efficacement que possible, par exemple à l'aide de bobines Tesla ou de dispositifs similaires qui créent une charge à partir d'un générateur électrostatique.
Fabriquer une cage de Faraday de ses propres mains
Dans la vie de tous les jours, la fabrication d'un CF fait maison peut être nécessaire pour "dissimuler" les gadgets à l'action de diverses ondes pouvant perturber les "bourrages" électroniques sensibles.
Un exemple d'une telle conception est une boîte en contreplaqué finie d'une certaine manière. Le contreplaqué jouant le rôle de couche isolante, il doit être parfaitement propre et sec. Vous pouvez assembler la boîte de vos propres mains ou la préparer - l'essentiel est qu'elle soit assemblée sans utiliser de clous ou d'autres attaches métalliques. Le montage s'effectue en plusieurs étapes :
- Le papier d'aluminium alimentaire est divisé en segments, en fonction de la taille des murs en contreplaqué ou de leurs ébauches.
- Les surfaces de la future boîte sont garnies de papier d'aluminium de l'extérieur. Dans ce cas, son côté brillant doit être tourné vers l'extérieur.
- Les murs sont fixés de l'intérieur avec du ruban adhésif et une paire de tapis de souris est placée au fond de la boîte.
- Il est soigneusement vérifié qu'en position fermée du couvercle, la couche d'aluminium forme une coque continue, sans les moindres lacunes et ruptures.
La deuxième option suppose qu'un réservoir métallique à faire soi-même (casserole, boîte, boîte, etc.) sert de base à la cage de Faraday, à l'intérieur de laquelle l'isolation est en carton, le même contreplaqué ou un autre matériau. La condition d'un ajustement serré du couvercle pour cette conception n'est pas moins importante que pour celle décrite ci-dessus.
Dois-je faire la mise à la terre
Il n'y a pas de consensus sur la nécessité d'ancrer les FC. Il est obligatoire de mettre à la terre les grandes structures et celles qui peuvent être affectées par une décharge électrique particulièrement puissante.
La mise à la terre, bien sûr, protège contre les situations d'urgence lorsque la forte charge accumulée peut "percer" l'air et frapper un objet ou une personne à proximité.
Tester une cage de Faraday maison
Pour tester le principe de la cage de Faraday dans la pratique, il est plus pratique d'utiliser une radio compacte alimentée par batterie. Il doit être allumé au volume maximum et syntonisé sur le canal FM le plus puissant disponible. Si la cellule fonctionne, la radio qu'elle contient sera coupée.
Si le récepteur est au moins un peu audible, cela signifie qu'il n'a pas été possible d'obtenir un blindage à cent pour cent et que des lacunes dans la couche conductrice doivent être recherchées.
Convient pour tester l'appareil photo et le téléphone portable auto-assemblés. Une fois à l'intérieur, il cessera de recevoir les signaux des stations de base, c'est-à-dire que lorsque vous l'appellerez, vous entendrez le message correspondant de l'informateur automatique de l'opérateur mobile.
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