Camp de Faraday

Un camp de Faraday de ou le bouclier de Faraday de est une clôture constituée par le matériel de conduite , ou par une maille d'un tel matériel. Une telle clôture bloque dehors les champs électriques statique externe Des camps de Faraday sont baptisés du nom du Michael Faraday de physicien, qui a construit un dans le 1836 .

Un champ électrique statique externe fera se redistribuer au les frais électriques dans le matériel de conduite afin de décommander les effets de champ en intérieur du camp. Cet effet est employé, par exemple, pour protéger le matériel électronique contre les grèves et d'autres décharges électrostatiques de la foudre de

En grande partie, Faraday met en cage également le bouclier l'intérieur du rayonnement électromagnétique externe si le conducteur est assez profondément et tous les trous sont sensiblement plus petits que la longueur d'onde du du rayonnement. Par exemple, certaines procédures d'essais des composants électroniques ou des systèmes qui exigent un environnement exempt d'interférence électromagnétique peuvent être conduites dans une soi-disant salle d'écran de . Ces salles d'écran sont essentiellement des laboratoires ou des zones de manoeuvre qui sont complètement enfermées par une ou plusieurs couches de maille fine en métal ou de tôle perforée. Les couches en métal sont mises à la terre de la terre pour absorber tous les courants électriques produits des champs électromagnétiques externes, et bloquent ainsi un grand nombre de l'interférence électromagnétique. Cette application des camps de Faraday est expliquée sous le blindage électromagnétique .

Histoire

En 1836 Michael Faraday a observé que la charge sur un conducteur chargé a résidé seulement sur son extérieur et n'a eu aucune influence sur n'importe quoi inclus dans lui. Pour démontrer ce fait il a établi une salle enduite de la feuille métallique et a permis à des décharges à haute tension d'un générateur électrostatique de frapper l'extérieur de la salle. Il a utilisé un électroscope pour prouver qu'il n'y avait aucune charge électrique actuelle sur l'intérieur des murs de la salle.

Le même effet a été prévu plus tôt par le Francesco Beccaria (1716&ndash ; 1781) à l'université du Turin , un étudiant de Benjamin Franklin , qui a déclaré ce " ; toute l'électricité monte sur la surface libre des corps sans répandre dans leur substance." intérieur ; Plus tard, le physicien belge Louis Melsens (1814&ndash du ; 1886) appliqué le principe aux parafoudres. Un autre chercheur de ce concept était gauss (surfaces gaussiennes .

Comment un camp de Faraday fonctionne

Un camp de Faraday est meilleur compris comme approximation à un conducteur creux idéal. Les champs électriques extérieurement appliqués produisent des forces sur les porteurs de charge (habituellement électrons) de dans le conducteur, produisant d'un courant qui réarrange les frais. Une fois les frais ont réarrangé afin de décommander le champ appliqué à l'intérieur, les arrêts de courant.

Si une charge est placée à l'intérieur d'un camp sans mise à la terre de Faraday le visage interne du camp sera chargé (de la même manière décrit pour une charge externe) pour empêcher l'existence d'un champ à l'intérieur du corps du camp. Cependant, ce remplissage du visage intérieur redistribuerait les frais dans le corps du camp. Ceci charge le visage externe du camp d'une charge égale dans le signe et la grandeur à celle placée à l'intérieur du camp. depuis la charge interne et l'annulation intérieure de visage dehors, la diffusion des frais sur le visage externe n'est pas affecté par la position de la charge interne à l'intérieur du camp. Tellement à toutes fins pratiques le camp produira du même champ électrique qu'il produirait s'il était simplement chargé par la charge placée à l'intérieur.

Si le camp est fondu les frais excessifs ira à la terre au lieu du visage externe, ainsi le visage intérieur et la charge intérieure se décommanderont dehors et le reste du camp demeurerait neutre.

Le camp bloquera les champs électriques externes même si le camp contient quelques frais et un champ électrique dans son intérieur. C'est une conséquence du principe de superposition et le fait que les équations de Maxwell de sont linéaires.

Un camp de Faraday ne protégera pas son contenu des champs magnétiques statiques. Cependant, les champs magnétiques en pleine mutation créent les champs électriques selon les équations de Maxwell de . Les conducteurs décommandent les champs électriques et donc les champs magnétiques changeants aussi bien. La profondeur de peau de l'épaisseur et du des matériaux de mur a placé la fréquence à laquelle le camp supprime les champs électromagnétiques. Les champs magnétiques statiques ou lent-changeants pénètrent le camp ; les en pleine mutation ne font pas.

Camps réels de Faraday

Les téléphones portables et les radios peuvent ne pas avoir aucune réception à l'intérieur des ascenseurs ou des structures semblables. Quelques matériaux architecturaux traditionnels agissent en tant que des boucliers de Faraday dans la pratique. Ceux-ci incluent le plâtre avec la latte en métal, et le béton armé du Rebar . Ceux-ci affectent l'utilisation des téléphones sans fil et des réseaux sans fil à l'intérieur des bâtiments et des maisons.
La chambre à cuire du four à micro-ondes lui-même est une clôture partielle de camp de Faraday qui empêche les micro-ondes de s'échapper dans l'environnement. Ces fours peuvent encore avoir un effet fort sur l'opération de l'électronique dans la fréquence des micro-ondes telles que des téléphones et des réseaux sans fil.
Les câbles coaxiaux de liaison sont en fait des câbles de données enveloppés par une cavité, conducteur flexible, effectivement un camp de Faraday.
Le passeport du RFID et les douilles de armature par la carte de crédit sont de petits, portatifs camps de Faraday.
Quelques bâtiments de la sécurité nationale des Etats-Unis sont contenus en camps de Faraday, prévus pour agir en tant qu'un bouclier de la TEMPÊTE , et probablement aussi comme réduction contre l'impulsion électromagnétique .
Un professeur au R-U a proposé l'idée de limiter la fraude (par l'intermédiaire du message textuel using des téléphones portables) dans les examens en rayant chaque pièce d'examen avec a Faraday-comme le camp.
Voitures et avions. Quand la foudre heurte un avion ou une voiture les courants électriques induits là-dessus sont forcés pour voyager sur la peau externe du corps du véhicule. Si vous étiez dans une voiture, et la voiture obtenait heurtée par la foudre, ce n'est pas en fait les pneus en caoutchouc qui sauveraient votre vie. Si la foudre peut sauter du ciel à votre voiture, alors elle peut sauter de votre voiture à la terre. Ce qui se produit réellement, est en étant enfermé par la carlingue de la voiture, les voyages de foudre autour de vous, cependant l'armature conductrice de la voiture. C'est parce que la voiture forme un camp de Faraday. D'autres signaux tels que des signaux de téléphone portable pénètrent la peau des voitures et des avions parce que la longueur d'onde du signal est sensiblement plus petite que les trous actuels sur la surface du conducteur (les fenêtres). La vitesse de dessus de de programme télévisé du BBC a par le passé reposé le Richard Hammond de présentateur dans une voiture tandis qu'elle était heurtée par un boulon de foudre simulé de 800.000 volts au laboratoire à haute tension de Siemens à Berlin.
Le MythBusters programme télévisé de Discovery Channel a employé un camp de Faraday fait à partir d'une maille en laiton au " ; décommander l'out" ; signaux par radio qui pourraient avoir interféré l'uniformité d'une expérience.
Dans les environnements scientifiques tels que l'observatoire national de radioastronomie de dans le Greenbank, la Virginie Occidentale , camps de Faraday sont employées pour enfermer les salles de matériel informatique qui, en dépit d'être essentielles à la cause, interfèrent des expériences impliquant la radioastronomie. Les camps bloquent les ondes électromagnétiques électromagnétiques que les données obliques et pourraient endommager les radiotélescopes. Les expériences à haute tension pulsées emploient également de tels camps de Faraday pour protéger l'électronique sensible contre les impulsions électromagnétiques du des expériences. Dans ce contexte, les camps s'appellent souvent le " ; rooms" d'écran ;.
Forme antistatique des sacs un camp de Faraday autour des composants électroniques inclus.
Des camps de Faraday ont été construits dans les costumes portables, permettant aux ouvriers à haute tension de s'asseoir directement sur des lignes électriques.
Des signaux de Wifi sont souvent confinés à l'intérieur de d'un bâtiment, particulièrement si le bâtiment a la voie de garage en métal.
La doublure interne en métal de la plupart d'électronique grand public, comme la caisse en métal de la plupart des PCs, agissent en tant que camp de Faraday pour réduire l'interférence à et d'autres dispositifs.

L'efficacité d'un camp ou d'un bouclier de Faraday dépend de la longueur d'onde des champs électriques ou électromagnétiques on le prévoit que pour protéger. Ceci explique pourquoi un four à micro-ondes, par exemple, peut exécuter une telle armature de l'observateur scrutant par le " examiné par maille en métal ; window" ; à l'avant du four pour observer le procédé de cuisson avoir lieu. Les trous sont classés tels que les vagues dans le four ne peuvent pas passer à travers quoique la lumière visible qui a une longueur d'onde beaucoup plus courte facilement traverse les trous. Ceci explique également comment les téléphones portables se sont améliorés dans l'exécution de bâtiment using les fréquences plus hautes (des longueurs d'onde plus courtes) d'EMFs que les prédécesseurs premiers, malgré des algorithmes numériques améliorés de modulation dans les soi-disant combinés 3G aujourd'hui et les normes postérieures prochaines. Les niveaux de qualité de l'armature également dépendent des types de métaux utilisés dans les camps aussi bien que les épaisseurs.

En outre, il y a quelque chose appelée un " ; Effect" de camp de Faraday ; concernant l'aluminium de anodisation, les métaux powdercoating, et l'électrodéposition de chrome. La plupart des trous intérieurs doivent être forés/usinés un peu plus de - classé en raison de ce problème.

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