O brilhante cientista e inventor do século 19, Michael Faraday, é conhecido por seu trabalho ativo com eletricidade, campo eletromagnético e fenômenos físicos relacionados. Uma das descobertas mais significativas foi uma estrutura protetora chamada gaiola de Faraday. Abaixo vamos entender o que é e qual o valor prático que a invenção representa.
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O que é uma gaiola de Faraday
Uma gaiola de Faraday é uma caixa com paredes feitas de um metal altamente condutor. O projeto não requer uma conexão de energia externa, mas, como regra, é aterrado. O efeito físico da célula se manifesta sob a influência de um fator externo, que é a radiação eletromagnética.
As primeiras construções para demonstrar o efeito de blindagem pareciam uma célula comum, que deu o nome a esse fenômeno.De fato, as paredes de arame ou perfuradas da "caixa" são convenientes para o controle visual de objetos ou dispositivos localizados dentro de um espaço confinado, mas podem ser facilmente substituídas por sólidos. O principal é que o material é condutor.
Princípio de funcionamento
A ação da gaiola de Faraday se baseia no fato de que a carga, ao entrar no condutor, é distribuída em sua superfície, enquanto o interior permanece neutro. De fato, toda a célula, composta por um material condutor, é um único condutor, cujas "extremidades" adquirem a carga oposta. A corrente elétrica resultante cria um campo que compensa as influências externas. A intensidade do campo elétrico na parte interna de tal estrutura é zero.
Curiosamente, se o campo é gerado dentro da célula, o efeito também funciona. No entanto, neste cenário, a carga será distribuída sobre a superfície interna da grade ou outro plano condutor e não poderá penetrar no exterior.
Na terminologia inglesa, CF soa como “Faraday shield”, ou seja, “Faraday shield/screen”. Este conceito transmite bem a essência do dispositivo, que, como um escudo ou uma tela protetora, reflete os raios que afetam seu conteúdo.
Deve ser lembrado que o efeito de blindagem só funciona em um campo magnético alternado. Não interfere com um efeito magnético constante ou ligeiramente variável, por exemplo, o potencial magnético natural da Terra.
Para determinar se a câmara de Faraday refletirá radiação de alta frequência, basta saber o tamanho das células da grade (se a parte condutora for feita em forma de gaiola) e o comprimento de onda da onda atuante.A construção é efetiva se o segundo valor for maior que o primeiro.
Esferas de aplicação do efeito CF
O efeito descoberto por Faraday não tem apenas significado científico, mas também uma aplicação prática bastante ampla. O exemplo mais simples de uma gaiola de Faraday pode ser encontrado na vida cotidiana, está presente em quase todas as cozinhas - é um forno de microondas. Cinco paredes de seu corpo são feitas de chapas de aço bastante grossas, e entre as duas camadas de vidro da porta há uma camada de metal com perfurações para melhor visibilidade.
cabine RF
Uma cabine de radiofrequência é uma sala isolada dos efeitos das emissões elétricas, magnéticas e de rádio, geralmente de uma pequena área. Suas paredes, piso e teto estão equipados com grades altamente condutoras que formam uma gaiola fechada, mas invisível.
salas de ressonância magnética
Equipamentos de alta precisão, como um tomógrafo médico para diagnóstico de ressonância magnética, requerem proteção cuidadosa contra ondas eletromagnéticas externas. A menor influência externa pode afetar o resultado do estudo, de modo que a sala em que a unidade de ressonância magnética está localizada é completamente blindada.
Laboratórios
Em pesquisas de laboratório, para obter resultados precisos, é importante não apenas usar equipamentos avançados, mas também protegê-los de maneira confiável de fatores externos, como campos magnéticos e elétricos.
Deve-se entender que isso se refere não apenas à radiação direcional de fontes específicas, mas também ao ruído eletromagnético que está constantemente presente na atmosfera, principalmente em áreas povoadas e em suas proximidades.
Para blindagem de alta qualidade de equipamentos com efeito CF, são necessários cálculos de projeto especializados e instalação profissional.
Trajes de Proteção
Para pessoas que trabalham em áreas com alta probabilidade de choque elétrico, foram desenvolvidos trajes especiais. Sua camada superior é feita de tecido contendo metal e é separada do corpo por um material isolante. No caso de corrente estática ou elétrica residual, a carga flui para baixo da carcaça externa do kit.
A roupa de proteção é indispensável ao trabalhar com linhas de alta tensão. Mesmo desenergizados, eles retêm um nível perigoso de carga estática devido a muitos quilômetros de fios elétricos.
No mundo do entretenimento
O efeito CF, colorido no palco, é muito espetacular. Nesse caso, não é frequentemente usada uma gaiola simples, mas uma casca aparentemente sem peso feita de malha grossa, ou mesmo um terno especialmente projetado que se assemelha a roupas comuns. Nesse caso, a corrente é fornecida da maneira mais eficaz possível, por exemplo, usando bobinas de Tesla ou dispositivos semelhantes que criam uma carga de um gerador eletrostático.
Fazendo uma gaiola de Faraday com suas próprias mãos
No dia a dia, a fabricação de um CF caseiro pode ser necessária para “esconder” gadgets da ação de diversas ondas que podem causar distúrbios no “recheio” eletrônico sensível.
Um exemplo de tal design é uma caixa de madeira compensada acabada de uma certa maneira. Como o compensado atua como uma camada isolante, deve estar perfeitamente limpo e seco. Você pode montar a caixa com as próprias mãos ou levá-la pronta - o principal é que ela seja montada sem o uso de pregos ou outros fixadores de metal. A montagem é realizada em várias etapas:
- O papel alumínio é dividido em segmentos, de acordo com o tamanho das paredes de compensado ou seus espaços em branco.
- As superfícies da futura caixa são aparadas com papel alumínio do lado de fora. Neste caso, seu lado brilhante deve ser virado para fora.
- As paredes são fixadas por dentro com fita adesiva e um par de mouse pads é colocado na parte inferior da caixa.
- É cuidadosamente verificado que, na posição fechada da tampa, a camada de papel alumínio forma uma casca contínua, sem as menores lacunas e quebras.
A segunda opção pressupõe que um tanque de metal faça você mesmo (panela, caixa, caixa etc.) serve como base da gaiola de Faraday, dentro da qual o isolamento é feito de papelão, o mesmo compensado ou outro material. A condição de um ajuste confortável da tampa para este design não é menos importante do que para o descrito acima.
Preciso fazer aterramento
Não há consenso sobre a necessidade de fundamentação do CF. É obrigatório aterrar grandes estruturas e aquelas que podem ser afetadas por uma descarga elétrica particularmente poderosa.
O aterramento, é claro, protege contra situações de emergência quando a carga forte acumulada pode “romper” o ar e atingir um objeto ou pessoa próxima.
Testando uma gaiola de Faraday caseira
Para testar o princípio da gaiola de Faraday na prática, é mais conveniente usar um rádio compacto alimentado por bateria. Deve ser ligado no volume máximo e sintonizado no canal FM mais potente disponível. Se a célula estiver funcionando, o rádio nela será silenciado.
Se o receptor for pelo menos um pouco, mas audível, significa que não foi possível alcançar cem por cento de triagem, e as lacunas na camada condutora devem ser procuradas.
Adequado para testar a câmera auto-montada e o telefone celular. Uma vez dentro, ele deixará de receber sinais das estações base, ou seja, quando você ligar, ouvirá a mensagem correspondente do informador automático da operadora móvel.
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