Als je op internet zoekt naar kooien van Faraday, zul je veel informatie vinden over het gebruik van zelfgemaakte kooien om radios te beschermen tegen EMP-schade tijdens opslag. A veel van die informatie is ofwel tegenstrijdig of wordt niet door bevredigende verklaringen ondersteund.
Het is niet mijn bedoeling om het nut van het opslaan van apparatuur in kooien van Faraday te bespreken. Er zijn niet veel nucleaire oorlogen of blikseminslag waar ik woon, dus de kans is groot dat ik me er geen zorgen over hoef te maken. Maar ik ben nieuwsgierig naar de theorie van de werking en praktische overwegingen bij het ontwerp.
Zoals ik het begrijp, radio golven kunnen niet doordringen in een ruimte die volledig omsloten is door een voldoende dikte van geleidend materiaal. De radiogolven wekken een stroom op in de geleider, waardoor de energie weer vrijkomt als een mix van radiogolven en warmte. ? Wat voorkomt dat de radiogolven naar de binnenkant van de container vrijkomen? (Ik vermoed dat het verband houdt met het huideffect t.) Maakt het voor elektronica in de kooi uit of ze in fysiek contact staan met de kooi?
Is een doe-het-zelf kooi van Faraday zo eenvoudig als het gebruik van een metalen koffer of een in folie gewikkelde doos, of is er meer aan de hand dan dat?
Opmerkingen
- Ik betwijfel of mijn IC-765 met het netsnoer verwijderd en alle kabels losgekoppeld beïnvloed door een EMP. Geen Faraday-kooi nodig.
Answer
Faraday-kooien blokkeren EMP op dezelfde manier als alle andere tijden- verschillende elektromagnetische velden. Het enige verschil tussen het blokkeren van EMP en het blokkeren van een gewone radiotransmissie is dat de EMP vele ordes van grootte sterker is.
Een kooi van Faraday werkt omdat metalen bestaan uit een “zee” van mobiele elektronen tussen de protonen in het atoom. kernen. Dat wil zeggen, metalen zijn goede geleiders. Wanneer een elektromagnetisch veld het metaal nadert, worden de mobiele elektronen aangetrokken naar de locaties waar het elektrische potentieel hoger is, waardoor overtollige protonen achterblijven waar het elektrisch potentieel lager is.
De mobiele elektronen doen dit omdat ze zoeken de opstelling met de laagste potentiaal, net zoals een rotsblok van een heuvel af rolt, of water in een vat in welke vorm dan ook neigt naar een niveau.
Voor zover de kooi van Faraday is gemaakt van een perfecte geleider, zullen de elektronen herschikken zichzelf zodanig dat de herverdeling van de elektronen en het externe veld precies opheffen, zodat er geen verandering is in het elektromagnetische veld in de kooi. Er gaat geen energie verloren in het proces.
Deze animatie overdrijft op absurde wijze de afstand die de elektronen afleggen (in de praktijk bewegen ze nauwelijks, want als de protonen zo helemaal alleen zouden worden gelaten, zou de doos zichzelf uit elkaar scheuren in individuele atomen. ), maar het doet er goed aan om het idee over te brengen:
In de praktijk zijn metalen geen perfecte geleiders, dus een beetje energie gaat verloren aan weerstand en wordt omgezet in warmte, en de elektronen zijn niet in staat het veld perfect op te heffen, dus een deel van de elektromagnetische golven komt binnen de kooi, dus we zeggen gewoon dat de kooi van Faraday het externe veld verzwakt.
Het huideffect beperkt inderdaad de stromen tot het buitenoppervlak van het metaal, maar dat is niet echt nodig om uit te leggen hoe een kooi van Faraday werken. Overweeg: kooien van Faraday zijn ook effectief in het blokkeren van statische elektrische velden, waar het huideffect niet van toepassing is. Het isoleren van de beschermde inhoud van de kooi is waarschijnlijk nog steeds een goed idee als de allerhoogste demping vereist is.
Het is essentieel dat de kooi een continu geleidend schild vormt dat het te beschermen apparaat volledig omsluit. Als u bijvoorbeeld een sleuf in een kooi van Faraday doorsnijdt, wordt deze niet effectief als die sleuf een aanzienlijk deel van de golflengte is. Dit komt doordat de sleuf een barrière vormt voor de beweging van de elektronen, en als gevolg daarvan moet het elektrische veld dat is gekoppeld aan de mobiele elektronen rond de sleuf “stromen”, waardoor het niet langer in staat is om het externe veld op te heffen. Een slotantenne maakt gebruik van dit effect om een golfgeleider (die niet zo veel verschilt van een binnenstebuiten kooi van Faraday) te laten stralen.
Voor om deze reden werken metalen dozen met deksels niet altijd als een kooi van Faraday, aangezien het deksel vaak geen goed elektrisch contact maakt met de rest van de doos.
Folie werkt goed, zolang je er maar op let om goed elektrisch contact te maken bij alle naden. En de dunheid van folie betekent minder demping, maar afhankelijk van het vermogen van de EMP en de gevoeligheid van de inhoud is het misschien voldoende.
Opmerkingen
- Het is misschien de moeite waard om erop te wijzen dat de sleuflengte belangrijk is, niet alleen de sleufbreedte. Ik vond hier een goede demonstratie van dat feit: youtu.be / uYWhTMmv6bs Een gegalvaniseerde stalen prullenbak met een strak passend licht verzwakte een 500 MHz-signaal met 18 dB. Na het aanbrengen van HVAC-folie-tape over de kleine opening tussen het blik en het deksel, nam de demping toe tot 40 dB.