Klatka Faradaya – ochrona elektroniki
Strona źródłowa przestała istnieć, zawartość odzyskana dzięki https://web.archive.org Autor materiału źródłowego: Grzegorz Kolak
Niedawno pisałem o impulsach elektromagnetycznych i zagrożeniach jakie niosą ze sobą. Konsekwencją silnego impulsu EMP może być czasowe lub trwałe uszkodzenie urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Skutecznym i stosunkowo prostym sposobem na ochronę naszego sprzętu jest użycie (zbudowanie) klatki Faradaya.
Najprostsza klatka Faradaya to… folia aluminiowa. Zwykła, kuchenna folia z aluminium do pakowania żywności lub pieczenia w piekarniku. Zróbmy eksperyment, urwijmy kawałek aluminiowej folii i owińmy nim nasz telefon komórkowy (smartfon itp.). Zróbmy to dokładnie, aby nie było otwartych brzegów. Nie musimy robić zakładek, ale nie powinno być wolnych przerw z boków. Poczekajmy kilkadziesiąt sekund i rozwińmy telefon z folii i szybko sprawdźmy jaki jest zakres sygnału. Sygnał powinien być na poziomie zero. Możemy też zadzwonić na „zawinięty” telefon – będzie poza zasięgiem. Oczywiście sygnał szybko wróci ale po wyjęciu z folii powinniśmy być w stanie zaobserwować, że przez aluminiową folię nie przeniknęły fale elektromagnetyczne. Przynajmniej te o długości ok. 30 cm, czyli telefonii komórkowej.
Klatka Faradaya na telefon z folii aluminiowej. Źródło: http://briangreen.net
Długość promieniowania gamma to od 300 do 0,03 pm (pikometra). Jeden pikometr to jedna bilionowa część metra. Jedynie promieniowanie kosmiczne ma mniejszą długość (a co za tym idzie większą energię) niż promieniowanie gamma. Zdecydowanie nie powinieneś myśleć, że folia aluminiowa ochroni Cię przed promieniowaniem po wybuchu atomowym, które ma o wiele więcej energii niż fale radiowe czy mikrofale. Nie próbuj przechodzić przez teren skażony promieniowaniem radioaktywnym okryty folią aluminiową. Po więcej informacji na temat fal elektromagnetycznych (czyli światła, choć nie zawsze widzialnego), odsyłam do artykułu na nie moim blogu.
Możesz przeprowadzić kolejne ciekawe doświadczenie jeśli masz kuchenkę mikrofalową. Włóż do kuchenki dwa kubki (nie metalowe) wody. Jeden z nich niech będzie szczelnie owinięty folią aluminiową. Nastaw kuchenkę na 2 min. grzania. Po tym czasie wyjmij oba kubki. Jak myślicie, w którym woda będzie podgrzana? Tak, zgadza się, folia aluminiowa utworzyła klatkę Faradaya, która zapobiegła przeniknięciu mikrofal do środka.Woda w kubku owiniętym folią pozostała chłodna. To kolejny dowód na to, że z folii aluminiowej możesz zbudować skuteczną klatkę Faradaya.
Co poza folią może pomóc w nagłym wypadku? W sytuacji, gdy wiesz, że Twojej elektronice zagraża nagłe, o dramatycznym nasileniu, promieniowanie elektromagnetyczne? Takie o mniejszych częstotliwościach, czyli powyżej promieniowania rentgenowskiego. W zasadzie każdy pojemnik metalowy powinien być użyteczny. Na przykład metalowa puszka po owocach. Jeśli masz taką puszkę, możesz włożyć do niej swój telefon i odwrócić ją do góry nogami i postawić na czymś metalowym, np. na kawałku folii aluminiowej albo blasze z piekarnika lub nawet na metalowym zlewozmywaku lub garnku metalowym. Ważne, żeby telefon był szczelnie osłonięty metalem. I już masz prawdziwą puszkę Faradaya.
Prawo Coulomba. W 1785 roku francuski fizyk Charles Augustin de Coulomb opublikował prawo, które zostało nazwane jego nazwiskiem. Prawo Coulomba to jedno z podstawowych praw współczesnej fizyki. Jeżeli chodziłeś do szkoły średniej, słyszałeś o nim, chociaż możesz go nie pamiętać. Mówi ono o tym, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości tych ładunków. Oznacza to, że im ładunki elektryczne większe, tym bardziej będą ze sobą oddziaływać. A im odległość pomiędzy nimi większa, tym słabiej będą oddziaływać na siebie.
Czy ma znaczenie jakiego metalu użyjesz do budowy naszej puszki Faradaya? Niewielkie, ważne aby to był dobry przewodnik a praktycznie wszystkie powszechnie używane metale dobrze przewodzą prąd. Aluminium i stal (żelazo) są popularne, tanie i odpowiednie. Możesz użyć do tego celu także miedzi a nawet srebra. Srebro jest najlepszym przewodnikiem ale cena zdecydowanie ogranicza jego użycie to tego celu. A czy w puszce Faradaya mogą być dziury (tak, aby mieć prawdziwą klatkę a nie puszkę)? To zależy od częstotliwości fal. Generalnie tak. Im promieniowanie elektromagnetyczne o wyższej częstotliwości (czyli mniejszej długości fali), tym przez mniejsze otwory może przenikać. W skrócie mówiąc fala o długości 1 cm nie powinna przeniknąć przez otwory o mniejszej średnicy niż 1 cm. W ten sposób możesz zbudować klatkę, przez którą nie przenikną fale radia, ale z której będziesz mógł użyć telefonu komórkowego.
Jeżeli potrzebujesz większej puszki Faradaya, możesz ją zrobić z szafy albo nawet małego pokoju. Trzeba wtedy wyłożyć wszystkie ściany, podłogę i sufit grubą folią aluminiową. Powinna być grubsza, ponieważ cienką łatwo porwać. Pamiętaj o wszystkich szparach, gniazdkach elektrycznych i szczelinach w drzwiach. Na podłodze rozłóż jakiś izolator – płytę z pilśni, sklejkę, dywanik z bawełny itp. Możesz też całe pomieszczenie wyłożyć na przykład styropianem, gąbką lub innym nieprzewodzącym prądu materiałem. Przez cały czas musisz pamiętać o zachowaniu ciągłości osnowy metalowej. W ten sposób tanim kosztem zbudujesz pomieszczenie do przechowywania sprzętu elektronicznego lub robienia eksperymentów bez zakłóceń elektromagnetycznych.
Ewentualnie możesz użyć też czegoś, co można nazwać namiotem Faradaya. To składane urządzenie wielkości małego pokoju, które możesz rozłożyć w innym pomieszczeniu. Zbudowane jest ze wzmocnionej folii aluminiowej i można się w nim zmieścić wraz ze swoim sprzętem elektronicznym. Chroni równie skutecznie jak inne klatki.
Czy współcześnie używa się do czegoś klatek Faradaya czy to raczej ciekawostka dla ludzi gotowych na wszystko? Klatki Faradaya są w powszechnym użyciu ale na co dzień nie zdajemy sobie z tego sprawy. Kuchenka mikrofalowa jest częściową klatką Faradaya. Chroni nie wnętrze ale przestrzeń zewnętrzną przed promieniowaniem mikrofalowym, które mogło by zagotować wodę w ciele człowieka. Dla przykładu, w szpitalach wiele nowoczesnego sprzętu jest umieszczonych w pomieszczeniach, które są klatkami Faradaya. Na przykład tomografy komputerowe i rezonans magnetyczny. Poniżej część wymagań dla klatki Faradaya dla urządzenia Optima MR360 produkcji GE Healthcare.
[brak grafiki]
W tym wypadku w mniejszym stopniu chodzi o ochronę samego urządzenia. Różne rodzaje tomografów komputerowych emitują znaczne ilości promieniowania elektromagnetycznego. Wielokrotnie więcej niż zwykłe prześwietlenie RTG (nawet do 400 razy). Te ilości są niebezpieczne dla człowieka. Dlatego chroni się pomieszczenia przyległe i osoby w nich przebywające przed skutkami tego promieniowania.
Również urządzenia wojskowe w dużej mierze umieszczane są w takich klatkach. Sprzęt elektroniczny czy szyfrujący musi być odporny na zakłócenia elektromagnetyczne. Wiele badań i eksperymentów naukowych, zwłaszcza z zastosowaniem elektrycznych układów pomiarowych wymaga użycia klatki Faradaya. Dzięki temu unika się zewnętrznych zakłóceń mogących zafałszować wyniki pomiarów.
Profesjonalna klatka Faradaya.
Ale czy klatka Faradaya rzeczywiście będzie Ci do czegoś potrzebna? O zagrożeniach impulsem EMP pisałem ostatnio. Jeżeli artykuł Cię nie przekonał, to możesz sobie darować robienie takich rzeczy jak taka klatka. Bomby atomowe nie wybuchają codziennie a burze słoneczne na ogół są na tyle słabe, że pasy Van Allena dobrze sobie z nimi radzą. Nie ma się czym przejmować. We wspomnianym przed chwilą artykule pisałem o burzy słonecznej z 1859 roku. Jeżeli coś takiego miało by miejsce teraz, to konsekwencje są trudne do wyobrażenia. Z bardziej egzotycznych pomysłów można dodać wybuch supernowej w niedużej odległości (tzn. w naszej Galaktyce) od nas. Na przykład w 1006 roku wybuchła supernowa w gwiazdozbiorze Wilka. Była tak jasna, że można ją było zobaczyć nawet w dzień. Promieniowanie jakie ze sobą niesie taki wybuch jest olbrzymie. Jego oddziaływanie na nas zależy od odległości takiego wybuchu. W skrajnym wypadku taki wybuch mógłby wysterylizować życie na Ziemi.
Źródła:
https://backyardbrains.com/experiments/faraday
http://www.thesurvivalistblog.net/build-your-own-faraday-cage-heres-how/
https://web.archive.org/web/20150703191702/http://semper.xenxnex.com:80/the-poor-mans-faraday-cage/
https://nationalmaglab.org/about/around-the-lab/what-the/faraday-cage
http://pl.wikipedia.org/wiki/Klatka_Faradaya
