Klatka Faradaya

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Klatka Faradaya
Film przedstawiający działanie klatki Faradaya

Klatka Faradaya (puszka Faradaya) – metalowy ekran mający chronić przed polem elektrostatycznym. Wymyślona i skonstruowana w 1836 roku przez fizyka angielskiego Michaela Faradaya w celu demonstracji jednego z podstawowych praw elektrostatyki.

Zasada działania[edytuj | edytuj kod]

Ponieważ na powierzchni idealnego przewodnika potencjał musi być w każdym punkcie równy, nie następuje wnikanie pola elektrycznego do wnętrza metalu, a tym samym pole elektryczne nie przenika przez metal. Dzięki temu we wnętrzu klatki, niezależnie od tego jak silnie jest ona naładowana, nie ma pola elektrycznego. W praktyce metale mają dostatecznie dużą przewodność elektryczną, aby płynące w nich prądy natychmiastowo kompensowały wymuszane różnice potencjału.

Zasadę działania przedstawia poniższy schemat:

Klatka Faradaya
  • w chwili pojawienia się pola elektrycznego ładunki w przewodniku przesuwają się dzięki zjawisku indukcji,
  • ładunki na powierzchni klatki powodują powstanie pola elektrycznego wewnątrz klatki o zwrocie przeciwnym do pola zewnętrznego,
  • ładunki przesuwają się dotąd, aż pole zewnętrzne zostanie zrównoważone przez pole wytworzone przez ładunki na powierzchni metalu i wówczas w metalu nie będzie pola elektrycznego,
  • w wyniku przesunięcia ładunków jedna strona klatki uzyskuje ładunek ujemny, a druga dodatni,

Dla pola elektrostatycznego oraz o powolnych zmianach klatka może być wykonana z metalowej siatki. Przez oka siatki nie przenikają fale o długości znacznie większej niż rozmiar otworów. Metal nie pochłania fal o długości porównywalnej z odległością między atomami metalu (zob. częstość plazmowa).

Poglądy[edytuj | edytuj kod]

Funkcjonuje pogląd mówiący, że dzięki temu efektowi samoloty są odporne na uderzenia piorunów – korpus samolotu ulega naładowaniu, jednak ludzie i elektronika pokładowa nie odczuwają tego. Zdanie to jest prawdziwe tylko do pewnego stopnia. Podczas uderzenia pioruna bardzo duże prądy o dużej częstotliwości przepływające przez kadłub samolotu indukują pola elektryczne i magnetyczne wewnątrz kadłuba (podobnie piorun uderzając w drzewo nie płynie całym jego przekrojem jednakowo lecz w kanale o średnicy kilku centymetrów, powodując rozerwanie drzewa w tym pasie).

O ile pasażerowie wewnątrz samolotu są względnie bezpieczni wobec samego indukowanego pola, o tyle delikatna elektronika, hydraulika i awionika samolotu mogą poważnie ucierpieć wskutek uderzenia pioruna. Historia awiacji zna liczne przypadki katastrof lotniczych, które spowodowane były w sposób bezpośredni lub pośredni uderzeniem pioruna w kadłub przelatującego samolotu (patrz hasło LANSA Flight 508 w angielskiej Wikipedii). Uderzenie pioruna w skrzydło może również spowodować wybuch zbiorników z paliwem, rozerwanie skrzydła i w ten sposób doprowadzić katastrofy samolotu (patrz: Katastrofa lotu Pan Am 214).

Pogląd, że samochód jest przykładem klatki Faradaya, też jest prawdziwy w pewnym przybliżeniu, samochód byłby idealną klatką Faradaya, gdyby nie miał okien. Dla elektrostatyki samochód osobowy może być z dobrym przybliżeniem traktowany jak klatka Faradaya, ale nie jest dla fal radiowych krótszych od wielkości okien i dlatego antena fal radiowych średnich i długich musi być wyniesiona poza samochód, fal ultrakrótkich powinna ale nie musi, a fale używane przez telefon komórkowy są osłabiane w znacznie mniejszym stopniu.

Błędnie utarło się że jednym z powszechnych zastosowań klatki Faradaya jest korpus kuchenki mikrofalowej, gdyż tak naprawdę jest ona rezonatorem mikrofalowym gdzie fale są odbijane powodując wewnątrz zwiększenie temperatury, natomiast w klatce Faradaya do takiego efektu nie dochodzi gdyż fale są tu pochłaniane.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]