Qefesa Faraday (Faraday cage)

Qefesa Faraday an mertala Faraday qefesek e ku ji bo astengkirina zeviyên elektromagnetîk ên taybetî hatiye çêkirin. Mertalek wusa dikare ji materyalek gihîner a domdar were çêkirin, an jî, dema ku wekî qefesek Faraday tê saz kirin, ji toreke madeyên gihîner ên mîna hev. Navê van amûran ji zanyar Michael Faraday tê, yê ku di sala 1836an de pêşengiya çêkirina wan kir.

Prensîba xebatê ya qefesek Faraday li ser ji nû ve belavkirina barkêşên elektrîkê di nav materyalê wê yê gihîner de, dema ku li ber qada elektrîkê ya derve tê, disekine, bi vî awayî bandora qadê di nav qefesê de bi bandor bêbandor dike. Ev mekanîzma di parastina amûrên elektronîkî yên nazik de, wekî wergirên frekansê radyoyê (RF), ji destwerdana frekansê radyoyê (RFI) ya derve, bi taybetî di dema prosedurên teşhîs an kalibrasyonê de, girîng e. Herwiha, qefesên Faraday ji bo kesan û alavên li dijî herikên elektrîkê, tevî lêdanên birûskê û dakêşanên elektrostatîk, parastinê pêşkêş dikin, bi veguheztina herika elektrîkê li dora derveyî qebareya girtî, bi vî awayî pêşî li ketina wê ya hundir digire.

Girîng e ku were zanîn ku qefesên Faraday li hember zeviyên magnetîkî yên rawestayî an hêdî hêdî diguherin, wekî qada jeomagnetîk a Dinyayê, bêbandor in; wekî encam, pûsûleyek dê di nav qefesek wusa de kar bike. Lêbelê, ew radyasyona elektromagnetîk a derve di hundirê xwe de bi awayekî girîng kêm dikin, bi şertê ku materyalê gihîner stûrbûnek têr hebe û her vebûn ji dirêjiya pêlê ya radyasyonê pir piçûktir bin. Mînakî, protokolên ceribandina dadweriya komputerê yên taybetî ji bo pergalên elektronîkî, yên ku jîngehek bê destwerdana elektromagnetîk hewce dikin, di nav odeyên parastî de têne kirin. Van odeyên pispor bi yek an çend tebeqeyên tora metalî ya nazik an pelê metalî yê qulkirî bi tevahî hatine pêçandin. Tebeqeyên metalî têne zemînkirin da ku herikên elektrîkê yên ku ji hêla zeviyên elektromagnetîk ên derve an hundurîn ve têne çêkirin belav bikin, bi vî awayî destwerdana elektromagnetîk bi awayekî girîng kêm dikin. Kapasîteyên wan ên kêmkirinê bi gelemperî ji bo veguheztinên derve li gorî yên hundurîn kêmtir bi bandor in. Dema ku ew dikarin pêlên lêdana dil (EMP) yên elektromagnetîk ên ku ji diyardeyên xwezayî derdikevin, bi taybetî di frekansên bilindtir de, pir bi bandor asteng bikin, hin amûrên şopandinê dibe ku hîn jî ji nav qefesê derbas bibin, wekî ku ji hêla hin têlefonên desta ve tê xuyang kirin ku li ser gelek frekansên radyoyê dixebitin, ku tê de yek frekans dibe ku were asteng kirin dema ku ya din kar dike.

Wergirtin an şandina Pêla Radyoyê, ku Formek ji Radyasyona Elektromanyetîk pêk tînin, ji hêla Antenek ku Di nav de qefesa Faraday de ye, ji hêla wê dorpêçê ve bi awayekî berbiçav tê qelskirin an Bi tevahî tê astengkirin. Lê belê, asta qelskirinê ya ku ji hêla qefesa Faraday ve tê peyda kirin, li gorî faktorên wekî Forma pêlê, Frekans, dûrahiya ji wergir an şanderê, û Derketina Hêzê ya wergir an şanderê diguhere. Veguheztinên Frekansa Nêzîk-qadê yên Hêza bilind, wekî yên ku Di nav de Nasnameya Radyo-Frekansa Bilind (HF RFID) de têne bikaranîn, meyleke mezintir ji bo derbasbûnê nîşan didin. Bi gelemperî, qefesên Faraday yên Hişk, li ser Spektrumek firehtir a Frekansan, li gorî hevpîşeyên xwe yên torî, qelskirina qadê ya bilindtir pêşkêş dikin.

Dîrok

Di sala 1754an de, Jean-Antoine Nollet Bûyera bandora qefesê Di nav de Karê xwe, Leçons de physique expérimentale, belge kir.

Di sala 1755an de, Benjamin Franklin ev bandor nîşan da bi danîna gogeke qorikê ya bêbar, ku bi têleke hevrîşimê ve hatibû daliqandin, bi rêya Vekirîbûnekê Di nav de Konteynerek metalîkî ya bi elektrîkê barkirî. Ev tevgera çavdêrîkirî taybetmendiya qefes an mertalê Faraday e.

Di sala 1836an de, Michael Faraday destnîşan kir ku her barê zêde li ser Şefê Orkestrayê yê enerjîkirî tenê li Rûxara wê ya derve sînordar bû, û ti bandor li ser tiştên ku Di nav de hundirê wê de bûn nedikir. Ji bo ku vê Çavdêriyê bi awayekî ampîrîkî piştrast bike, wî odeyek ku bi foylê metalîkî hatibû pêçandin çêkir û derveyî wê xist ber valakirina Voltaj-bilind ku ji hêla amûrek elektrostatîk ve hatibû çêkirin. Bi bikaranîna elektroskopê, wî tunebûna barê elektrîkê li ser Rûxarên hundirîn ên dîwarên odeyê piştrast kir.

Xebitandin

Berdewam

Mertaleke Faraday ya berdewam wekî Şefê Orkestrayê yê vala Kar dike. Sepandina qadên Elektromanyetîk ên derve an hundirîn hêzan li ser hilgirên barê, bi gelemperî elektronan, ku Di nav de Şefê Orkestrayê de ne, çêdike, û dibe sedema ji nû ve belavbûnek encamdar a van baran bi rêya Biderxistina elektrostatîk. Ev ji nû ve belavbûna baran Voltajê li ser Rûxarê bi awayekî berbiçav kêm dike, digel ku asta kêmkirinê bi kapasîtansê ve girêdayî ye; lê dîsa jî, bêbandorkirina Bi tevahî nayê bidestxistin.

Barên hundirîn

Dema barekî ${\displaystyle +Q}$ tê xistin nav mertalekî Faraday yê ne-erdkirî, bêyî ku têkeve têkiliyê bi rûxarên wê yên hundirîn, rûyê hundirîn ê mertalê barekî ${\displaystyle -Q}$ digire. Ev bûyer dibe sedem ku xêzên qada elektrîkê ji barê hundirîn derkevin û li ser barên îstîxrakirî yên di nav rûxara hundirîn a metalê de biqedin. Rêgehên van xêzên qada hundirîn, yên ku ber bi barên neyînî ve dirêj dibin, bi geometriya dîwarên hundirîn ên dorpêçê ve girêdayî ne. Di heman demê de, barekî ${\displaystyle +Q}$ li ser rûxara derve ya mertalê kom dibe. Belavbûna van barên derve serbixwe ye ji cihê barê hundirîn di nav dorpêçê de; li şûna wê, ew ji hêla şeweya rûyê derve ve tê destnîşankirin. Wekî encam, mertalê Faraday bi bandor heman qada elektrîkê ya rawestayî li derve çêdike, mîna ku metal bi xwe bi tenê bi ${\displaystyle +Q}$ hatibe barkirin. Pêlên elektromagnetîk, divê were zanîn, ji barên rawestayî cuda ne.

Dema qefesek Faraday tê erdê, her barên zêde têne bêalîkirin ji ber ku girêdana erdê girêdanek hevsengiya potansiyelê di navbera derveyî qefesê û jîngeha derdorê de saz dike. Ev her cûre cudahiya potansiyelê ji holê radike, bi vî awayî pêşî li çêbûna qadeke elektrîkê ya derve digire. Lê belê, rûyê hundirîn û barê dorpêçkirî bêbandor dimînin, û piştrast dikin ku qada elektrîkê di nav qefesê de sînordar e.

Qadên Derve

Bandora mertalkirinê li hember qadeke elektrîkê ya rawestayî bi giranî serbixwe ye ji geometriya materyalê şefê orkestrayê; Berovajî, qadên magnetîkî yên rawestayî dikarin bi tevahî di nav mertalekî wisa de derbas bibin.

Ji bo qadên elektromagnetîk ên bi demê re diguherin, berxwedana materyalê li hember derbasbûna qada magnetîkî bi zêdebûna frekansa guhertoyî re baştir dibe. Di rewşên wisa de, bandora mertalkirinê jî girêdayî ye bi rêgirtina elektrîkê, taybetmendiyên magnetîkî, û stûrbûna materyalên şefê orkestrayê yên ku di qefesan de têne bikar anîn.

Bandora mertalekî Faraday dikare bi lêkolîna têgeha kûrahiya çerm were zelalkirin. Kûrahiya çerm bûyerekê vedibêje ku tê de herrikê elektrîkê bi giranî nêzîkî rûxara şefê orkestrayê diherike, û bi zêdebûna kûrahiyê di nav materyalê de bi awayekî eksponensiyel kêm dibe. Ji ber ku mertalekî Faraday stûrbûnek sînordar heye, ev parametre rasterast bandorê li performansa wê dike; stûrbûnek mertalê mezintir rê dide kêmkirina bilindtir a qadên elektromagnetîk, ku digihîje frekansên kêmtir.

Qefesên Faraday

Qefesên Faraday cureyek taybet ê mertalên Faraday in ku bi kunên piçûk têne taybetmendîkirin, ev yek tevliheviyek analîtîkî ya mezintir tîne. Dema ku mertalên domdar bi bandor hemî dirêjiyên pêlê kêm dikin ku kûrahiya çerm di materyalê qalikê de ji stûrahiya qalikê kêmtir e, kunên di qefesê de dikarin bihêlin dirêjiyên pêlê yên kurttir bikevin hundir an jî "zêviyên windabûyî" hilberînin – zeviyên lerzok ên ku wekî pêlên elektromagnetîk belav nabin – yekser wêdetirî rûxarê. Dirêjiyên pêlê yên kurttir hêsantir di toreke bi pîvanek diyarkirî re derbas dibin. Wekî encam, ji bo xebata bi bandor di dirêjiyên pêlê yên kurt de (ango, frekansên bilind), divê kunên qefesê ji aliyê pîvanê ve ji dirêjiya pêlê ya hatî piçûktir bin.

Bikaranîn

• Di kîmyaya analîtîk de, qefesên Faraday bi rêkûpêk têne bikaranîn da ku destwerdana elektromagnetîk kêm bikin, bi vî awayî rastbûna pîvandinên hesas zêde dikin.
• Bi taybetî, çenteyên Faraday ên bi dirûna cot-cot, ku formek qefesa Faraday in, bi gelemperî di dadweriya dîjîtal de têne bikaranîn da ku piştrasta dîjîtal a sûc ji paqijkirina dûr û guhertina bêdestûr biparêzin.
• Çenteyên Faraday dorpêçên ewlehiyê yên taybetî ne ku ji materyalên metalî hatine çêkirin, ji bo parastina amûrên elektronîkî ji veguheztinên elektromagnetîk. Bikaranînên wan cihêreng in, ji zêdekirina nepeniya dîjîtal a têlefonên desta bigire heya parastina qertên krediyê li hember dizîna RFID.
• Qefesên Faraday di nav standardên Tempest ên DYA û NATOyê de, herwiha di rêziknameyên neteweyî yên mîna wan de, wekî pêkhateyek ji stratejiyên berfireh têne bicîhkirin da ku ewlehiya emîsyonê ji bo pergalên hesabkeriyê misogere bikin.
• Beşên rêwiyan di otomobîlan û balafiran de wekî qefesên Faraday ên de facto fonksiyon dikin, parastinê ji niştecîhan re li hember derxistinên elektrîkê, di nav de lêdanên birûskê, pêşkêş dikin.
• Pêkhateyên elektronîkî di pergalên otomotîv û hewavaniyê de qefesên Faraday bikar tînin da ku sînyalan ji destwerdana elektromagnetîk biparêzin. Pêkhateyên wisa hesas qeflên derî yên bêtêl, pergalên navîgasyon û GPS, û pergalên hişyariya derketina ji rê di nav xwe de digirin. Herwiha, qefes û mertalên Faraday ji bo pergalên înfotainmentê yên wesayîtan, di nav de radyoyê, Wi-Fi, û yekîneyên nîşandanê yên GPS, pêwîst in, ku dikarin bêne sêwirandin ku di dema senaryoyên awarte de wekî çerxên bingehîn fonksiyon bikin.
• Çenteyek roketa palder, bi gelemperî çenteyek kirînê ku bi foylê alumînyûmê pêçandî ye, wekî qefesek Faraday a bingehîn fonksiyon dike. Ev bi gelemperî ji hêla dizên dikanan ve têne bikaranîn da ku kelûpelên bi etîketa RFID bi neqanûnî derxînin. Konteynerên mîna wan herwiha têne bikaranîn da ku pêşî li dizîna RFID ya bêdestûr bigirin.
• Asansor û cihên din ên girtî ku çarçove û dîwarên wan ên metalî yên gihîner hene, bandorek qefesa Faraday nîşan didin, ku dibe sedema kêmkirina sînyalê û çêkirina "herêmên mirî" ji bo têlefonên desta, radyoyan, û amûrên din ên elektronîkî yên ku bi sînyalên elektromagnetîk ên derve ve girêdayî ne. Bersivdarên yekem, wekî agirkujan, perwerdehiyê digirin ku hişyariyan di nav xwe de digire derbarê nekarîna xebatê ya muhtemel a radyoyên wan ên du-alî di nav asansoran de, ku verastkirinên xebatê yên guncan pêwîst dike.
• Endezyarên elektronîk di dema ceribandina alavan de qefesên Faraday ên fizîkî û biçûk bikar tînin da ku hawîrdorên weha yên elektromanyetîk dubare bikin, bi vî rengî piştrast dikin ku amûr di bin van şert û mercên taybetî de performansa xwe ya çêtirîn diparêzin.
• Cil û bergên guncaw ên ku bi awayekî endezyarî hatine çêkirin, dikarin qefeseke Faraday a parastinê jî ava bikin. Mînakî, hin karkerên elektrîkê kincên Faraday ên taybetî li xwe dikin, ku dihêle ew bi ewlehî li ser Xêzên Hêzê yên bi Voltaj-bilind ên çalak karên parastinê bikin bêyî metirsiya şoka elektrîkê. Ev cil û bergên parastinê rê li ber Herrika elektrîkê digirin ku di laşê kesê ku li xwe kiriye re derbas bibe û ti sînorek Voltajê ya teorîkî nîne. Karkeran bi serfirazî li ser Xêzên Voltaj-bilind ên pir zêde, di nav de Xêza Ekibastuz–Kokshetau ya Kazaxistanê ya 1150 kV, bi ewlehiyeke tam xebitîne.
• Odeya skankirinê ya amûrek MRI wekî qefeseke Faraday tê çêkirin. Ev sêwiran rê li ber têketina sînyalên Frekans-radyoyê (RF) yên derve di nav Dane-yên ku ji nexweş hatine wergirtin digire, ku wekî din dê Qelîteya wêneyê encamdar xera bike. Teknolog têne fêr kirin ku artefaktên cihêreng ên ku dibe ku li ser wêneyan xuya bibin nas bikin ger qefesa Faraday xera bibe, mînakî, di dema Bahozeke elektrîkê de.
• Firûneke mîkrolavê li ser pênc ji şeş rûyên xwe yên hundirîn mertalek Faraday a qismî û qefeseke Faraday a qismî, ku ji tora têl pêk tê, li ser aliyê şeşemîn (pencereya dîtinê ya zelal) dihewîne. Ev veavakirin ji bo girtina Enerjiya elektromanyetîk di nav amûrê de û parastina bikarhêner ji tûşbûna Radyasyona mîkrolavê re xizmet dike.
• Kîsikên plastîk ên bi metal hatine dagirtin ji bo pêçandina amûrên berhevkirina bacê yên elektronîkî di rewşên ku bac nayê xwestin ku were stendin, wek di dema veguhastinê de an dema ku bikarhênerek dravdana bi pere hildibijêre, têne bikar anîn.
• Parastina di nav Kabloyek parastî de, ku mînakên wê Kabloyên USB an Kabloyên koaksiyal ên ku ji bo televîzyona Kabloyê têne bikar anîn in, rêgirên hundurîn ji dengê elektrîkê yê derve diparêze û derketina sînyalên Frekans-radyoyê (RF) asteng dike.
• Pêkhateyên elektronîkî di nav hin Amûrên muzîkê de, wek gîtarên elektrîkê, ji hêla qefesên Faraday ve têne parastin ku ji pelên sifir an alumînyûmê hatine çêkirin. Van qefesan pîkapên elektromanyetîk ên Amûrê ji destwerdana ku ji hoparlor, amplifikator, ronahiya Dikê, û Amûrên din ên muzîkê yên têkildar derdikevin diparêzin.
• Hin avahî, di nav de tesîsên sererastkirinê, wekî qefesên Faraday têne sêwirandin da ku ragihandinên têlefonên desta yên hundurîn û derve yên ji hêla girtiyan ve asteng bikin. Bi heman rengî, salona pêşangehê ya li Çavdêrxaneya Green Bank wekî qefeseke Faraday tevdigere da ku rê li ber destwerdana bi xebatên Teleskopa wê ya radyoyê bigire.

• Odeya bêdengî
• Tekstîla ragihêner
• Qanûna Gauss
• Mu-metal
• Tesla coil

Çavkanî

Parastina Qefesa Faraday ji 100,000 V: Physikshow Uni Bonn

• Qefesa Faraday ji 100,000 V Diparêze: Physikshow Uni Bonn
• Têbînîyên Dersa Fîzîkê yên li ser Qefesên Faraday ji Zanîngeha Michigan State
• Qefesa Faraday a 'Make in India'
• Richard Hammond ji Top Gear parastinê ji 600,000 V di nav wesayitekê de (qefeseke Faraday) nîşan dide.