Глава 10 ДИЭЛЕКТРИКИ §1. Диэлектрическая проницаемость §2. Вектор поляризации Р §З. Поляризационные заряды§4. Уравнения электростатики для диэлектриков§5. Поля и силы в присутствии диэлектриков§ 1. Диэлектрическая проницаемостьСейчас мы разберем еще одно характерное

СЕКРЕТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УСПЕХА ФАРАДЕЯ Среди характерных черт Фарадея (например, способность к самообучению и влияние религии на мышление) нужно подчеркнуть и его приверженность в исследованиях некоторым интеллектуальным установкам, которые помогли ему добиться

ПЕРЕВОД ИДЕЙ ФАРАДЕЯ НА МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ЯЗЫК Электричество не могло быть жидкостью, проходящей по проводу, оно должно было генерироваться невидимой силой, как и линии магнитного поля, однако в данном случае линии шли от одного заряда к другому. Это невидимое поле, по

ДИЭЛЕКТРИКИ В 11-м выпуске серии «Экспериментальные исследования по электричеству» (1855, Experimental Researches in Electricity) Фарадей предлагает в качестве первого принципа науки об электричестве индукцию как свойство вызывать противоположное состояние, а также дает новое определение

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ МАГНЕТИЗМОМ И СВЕТОМ: ЭФФЕКТ ФАРАДЕЯ Хотя казалось, что свет и магнетизм не имеют ничего общего, на самом деле они взаимосвязаны. Всякий раз, когда мы до чего-нибудь дотрагиваемся, атомы наших пальцев вступают во взаимодействие с атомами этого

НАСЛЕДИЕ ФАРАДЕЯ Глубокая духовность и способность к самообразованию подталкивали Фарадея к неутомимым поискам взаимосвязи между движением, магнетизмом и электричеством, как будто между частями Троицы - отдельными, но неразделимыми. Благодаря этой концепции

Гениальный учёный и изобретатель XIX века Майкл Фарадей известен активной работой с электричеством, электромагнитным полем и связанными с ними физическими явлениями. Одним из значимых открытий стала защитная конструкция, названная клеткой Фарадея. Ниже разберёмся, что это такое и какую практическую ценность представляет изобретение.

Что такое клетка Фарадея

Клетка Фарадея - это бокс со стенками из хорошо проводящего ток металла. Конструкция не требует подключения внешнего питания, но, как правило, заземляется. Физический эффект клетки проявляется под воздействием на неё внешнего фактора, в роли которого выступает электромагнитное излучение.

Первые конструкции для демонстрации экранирующего эффекта имели вид обычной клетки, что и дало название этому явлению. На самом деле проволочные или перфорированные стенки «коробки» удобны для визуального контроля предметов или приборов, находящихся внутри замкнутого пространства, но их легко можно заменить сплошными. Главное, чтобы материал был токопроводящим.

Принцип действия

Действие клетки Фарадея основано на том факте, что заряд при попадании в проводник распределяется на его поверхности, в то время как внутренняя часть остаётся нейтральной. По сути вся клетка, состоящая из токопроводящего материала является единым проводником, «концы» которого приобретают противоположный заряд. Возникающий при этом электрический ток создаёт поле, компенсирующее внешнее воздействие. Напряжённость электрического поля во внутренней части такой конструкции равна нулю.

Интересно, что если поле сгенерировано внутри клетки, то эффект тоже работает. Однако при таком раскладе заряд распределится по внутренней поверхности сетки или другой проводящей плоскости и наружу проникнуть не сможет.

В англоязычной терминологии КФ звучит как «Faraday shield», то есть «щит/экран Фарадея». Это понятие хорошо передаёт суть устройства, которое, как щит или защитный экран, отражает воздействующие на его содержимое лучи.

Следует помнить, что экранирующий эффект работает только на переменном магнитном поле. Постоянному или слабопеременному магнитному воздействию, например, естественному магнитному потенциалу Земли, помех он не представляет.

Чтобы определить, отразит ли камера Фарадея высокочастотное излучение, достаточно знать размер ячеек сетки (если проводящая часть выполнена в виде клетки) и длину воздействующей волны. Конструкция эффективна, если вторая величина больше первой.

Сферы применения эффекта КФ

Открытый Фарадеем эффект имеет не только научный смысл, но и достаточно широкое практическое применение. Самый простой пример клетки Фарадея можно встретить в быту, он присутствует почти на любой кухне - это микроволновая печь. Пять стенок её корпуса выполнены из достаточно толстых стальных пластин, а между двумя слоями стекла дверцы заключен металлический слой с перфорационными отверстиями для лучшего обзора.

РЧ-кабина

Радиочастотной кабиной называют изолированное от воздействия электрического, магнитного и радиоизлучения помещение, обычно небольшой площади. В его стены, пол и потолок вмонтированы решётки с высокой электропроводностью, образующие замкнутую, но внешне не видимую клетку.

МРТ-помещения

Такое высокоточное оборудование, как медицинский томограф для магнитно-резонансной диагностики, требует тщательной защиты от внешних электромагнитных волн. Малейшее стороннее воздействие может повлиять на результат исследования, поэтому помещение, в котором находится установка МРТ, экранируется полностью.

Лаборатории

В лабораторных исследованиях для получения точных результатов важно не только использовать передовое оборудование, но и надёжно оградить его от воздействия внешних факторов, таких как магнитные и электрические поля.

Следует понимать, что имеется в виду не только направленное излучение от конкретных источников, но и электромагнитные шумы, которые постоянно присутствуют в атмосфере, особенно в населённых пунктах и поблизости от них.

Для качественного экранирования аппаратуры с эффектом КФ требуются специализированные расчёты конструкции и профессиональная установка.

Защитные костюмы

Для людей, работающих в сферах с высокой вероятностью поражения электрическим током, разработаны специальные костюмы. Их верхний слой выполнен из металлсодержащей ткани и отделён от тела изолирующим материалом. В случае воздействия остаточной статики или электротока заряд стекает по внешней оболочке комплекта.

Защитное облачение незаменимо при работе с высоковольтными линиями. Даже обесточенные, они сохраняют опасный уровень статического заряда за счёт многокилометровой протяжённости электропроводов.

В мире развлечений

Эффект КФ, красочно оформленный на сцене, очень зрелищен. В этом случае часто используется не простая клетка, а кажущаяся невесомой оболочка из крупноячеистой сетки или даже специально сконструированный костюм, напоминающий обычную одежду. Ток при этом подводится максимально эффектно, например, при помощи катушек Тесла или подобных им устройств, создающих заряд от электростатического генератора.

Изготовление клетки Фарадея своими руками

В быту изготовление самодельной КФ может понадобиться, чтобы «спрятать» гаджеты от действия различных волн, которые могут вызвать нарушения в чувствительной электронной «начинке».

Примером такой конструкции может служить определённым образом отделанный фанерный ящик. Так как фанера при этом выступает изолирующим слоем, она должна быть идеально чистой и сухой. Можно собрать ящик своими руками или взять готовый - главное, чтобы он был собран без использования гвоздей либо другого металлического крепежа. Сборка производится в несколько этапов:

1. Пищевую фольгу делят на отрезки, по размеру фанерных стенок или их заготовок.
2. Поверхности будущего ящика с внешней стороны отделывают фольгой. При этом наружу должна быть обращена её блестящая сторона.
3. Стенки скрепляют изнутри скотчем, а на дно ящика кладут пару ковриков для компьютерной мышки.
4. Тщательно проверяют, что в закрытом положении крышки слой фольги образует сплошную оболочку, без малейших зазоров и разрывов.

Второй вариант предполагает, что основой клетки Фарадея своими руками служит металлический резервуар (кастрюля, ящик, бокс и т. п.), внутри которого обустраивается изоляция из картона, той же фанеры или другого материала. Условие плотного прилегания крышки для этой конструкции не менее важно, чем для описанной выше.

Надо ли делать заземление

Не существует единого мнения по поводу необходимости заземления КФ. В обязательном порядке заземляются крупные конструкции и те, на которые может быть оказано действие особенно мощным электрическим разрядом.

Заземление, определённо, предохраняет от нештатных ситуаций, когда накопленный сильный заряд может «пробить» воздушную среду и ударить в расположенный неподалёку предмет или человека.

Тестирование самодельной клетки Фарадея

Чтобы проверить принцип работы клетки Фарадея на практике, удобнее всего использовать компактный радиоприёмник на батарейках. Его следует включить на максимальную громкость и настроить на самый мощный из доступных FM-каналов. Если клетка работает, радио в нём замолчит.

Если приёмник хоть немного, но слышно, значит, стопроцентной экранизации добиться не удалось, и следует искать прорехи в токопроводящем слое.

Подходит для тестирования самособранной камеры и мобильный телефон. Оказавшись внутри, он перестанет принимать сигналы базовых станций, то есть при звонке на него услышите соответствующее сообщение автоматического информатора сотового оператора.

В 1836 году легендарным английским учёным Фарадеем было изобретена установка для экранирования пространства от воздействия внешних электромагнитных полей. Изобретение получило название «Клетка или щит Фарадея». На английском языке это пишется как «FARADAY SHIELD».

Принцип действия

Клетка Фарадея (КФ) представляет собой защитное сооружение, ограждающие плоскости которого сделаны в виде решёток из металлических стержней высокой электропроводности с заземлением. Принцип работы установки довольно прост.

Когда электрическое поле «соприкасается» с поверхностью решётки, электроны металлических стержней начинают активное движение. Противоположные поверхности конструкции заряжаются таким образом, что вместе они противостоят проникновению внешних электрических полей.

Что касается магнитного поля, то по причине своего переменного свойства оно просто не успевает проникнуть сквозь металлическую сетку. Всё, что находится в клетке Фарадея, надёжно защищено от воздействия внешнего электрического поля и электромагнитных волн. Плоскости, ограждающие пространство из металлических сеток, называют экранами.

Самый простой пример, где используется эффект Фарадея, – это микроволновая печь. Атрибут кухонного оборудования можно встретить практически в каждом жилище. Передняя прозрачная панель покрыта металлизированной решёткой, остальной металлический корпус печи дополняет конструкцию КФ. Решётка экранирует, как исходящее излучение телефона, так и не пропускает внешние электромагнитные волны. В результате аппарат оказывается вне зоны действия связи.

Сферы применения эффекта КФ

Свойства экранизированного пространства с успехом используют в различных сферах человеческой деятельности. Это могут быть отдельные помещения, небольшие ёмкости и даже рабочая одежда.

РЧ-кабина

Радиочастотная кабина представляет собой экранированное помещение. Под покрытием стен, потолка и пола заложены решётки, сделанные из немагнитных металлов, имеющих высокую проводимость. Конструкции могут принимать различные объёмы и конфигурации – это РЧ-комнаты, кабинеты и боксы.

МРТ помещения

Таким образом, обустраивают кабинеты МРТ (помещения с аппаратурой для проведения магнитно-резонансной томографии). Клетка Фарадея обязательно должна иметь заземление.

Назначение ограждений помещения состоит в том, чтобы не пропускать внутрь электромагнитные помехи от внешних источников излучения. Этим добиваются высококачественных результатов магнитно-резонансной томографии без каких-либо искажений.

Для обеспечения полноценной работы в РЧ-кабине необходимо соблюдать следующие условия:

• должен быть правильно определен рабочий диапазон частот;
• материалы для экранов ограждающих конструкций, в том числе для РЧ-окон и дверей, должны отвечать техническим требованиям;
• узлы экранов и способы их соединения между собой, а также крепление их к стенам, полу и потолку, экранирование коммуникаций различного назначения должны быть выполнены строго в соответствии с проектной документацией;
• кабели должны быть установлены таких типов и размеров, какие указаны в проекте.

Важно! Проектирование кабины МРТ в каждом случае определяется сугубо индивидуальным подходом. Созданием и обустройством РЧ-кабин занимаются специализированные предприятия, имеющие соответствующий пакет разрешающих документов.

Лаборатории

В научно-исследовательских учреждениях и в заводских условиях востребованы помещения, изолированные от воздействия внешних электромагнитных «шумов». Для организации таких лабораторий привлекаются специализированные фирмы, которые производят расчёты и устанавливают ограждения.

Защитные костюмы

Металлизированные костюмы являются индивидуальными КФ. Рабочая одежда изготавливается из нитей нержавеющей стали, серебра и меди. При временном отключении линии электропередачи длиною несколько километров в проводах остаётся большой статический заряд. Поэтому во время инспекции и при ремонте электропередающих средств работники одевают защитные костюмы.

Безопасная рабочая одежда предназначена для предотвращения воздействия:

• промышленного электрического поля;
• тока от переменных электромагнитных полей;
• активного электромагнитного потока во время развода контактов разъединителей;
• тока от прикосновения к заземлённым предметам, грунту, дереву или кустарнику;
• шагового напряжения.

В мире развлечений

Давно популярны аттракционы с демонстрацией электрических разрядов, центром которых является клетка Фарадея. Эффектно смотрятся ветвистые потоки молний вокруг человека, не причиняя ему никакого вреда.

Обратите внимание! Несмотря на бытующее мнение о том, что боязнь людей электромагнитного излучения надумана, проблема проживания вблизи мощных ЛЭП довольно актуальна. Можно встретить частные постройки, полностью изолированные от влияния внешних негативных излучений. До сих пор до конца не изучена степень опасности воздействия электромагнитных волн на человека.

Надо ли делать заземление

Нуждается клетка Фарадея в заземлении? Это зависит от величины защитной конструкции. Существует мнение, что небольшие клетки не нуждаются в заземлении. Большие сооружения должны быть обязательно заземлены. Дело в том, что в них может накапливаться мощный заряд, который может «выстрелить» в человека, случайно коснувшегося решётки.

Клетка Фарадея своими руками

Изобретение в бытовых условиях часто используют для защиты домашних электронных приборов (смартфонов, планшетов и т.д.). Для изготовления своими руками КФ используют любую подходящую по объёму ёмкость, будь то коробка, кастрюля, ведро или мусорный бак.

Ёмкость обязательно должна плотно закрываться крышкой. Внутреннюю поверхность необходимо покрыть диэлектрическим материалом.

Пример изготовления КФ в домашних условиях

Для хранения различных гаджетов и небольших приборов можно использовать такой предмет, как обыкновенный фанерный ящик. Поступают следующим образом:

1. Фанеру очищают от пыли и загрязнений;
2. Разрезают рулон пищевой фольги на нужные отрезки;
3. Оборачивают всю внешнюю поверхность ящика и его крышку фольгой матовой стороной внутрь;
4. Места соединений изоляции скрепляют скотчем;
5. На дно ящика укладывают один или несколько ковриков для компьютерной мышки;
6. Проверяют плотность прилегания крышки к ящику по всему периметру, не допуская зазоров и разрывов фольгированной поверхности.

В случае использования металлической ёмкости нужно позаботиться об изолировании внутренней поверхности клетки картоном или листами фанеры. Так бывает, когда домовладельцы устраивают КФ в одной из своих комнат.

Тестирование КФ

Самый простой способ проверить работоспособность клетки заключаются в том, что внутрь помещают радиоприёмник, настроенный на мощный FM-сигнал и включённый на полную громкость. В правильно сделанной клетке воцарится полная тишина. Если всё же приёмник будет работать даже очень тихо, нужно искать причину в наличии разрывов в экранированной поверхности конструкции.

Таким же способом можно тестировать КФ с помощью мобильного телефона. Попав в клетку, мобильник сразу же окажется вне зоны действия. Чтобы в этом убедиться, достаточно набрать его номер – телефон будет молчать.

Дополнительная информация. Необходимо помнить о том, что длина волны 1 ГГц равняется 30 см. При максимальной величине ячейки сетки 3 х 3 см безопасность будет обеспечена. Поэтому в целях экономии вместо сплошного материала применяют сетки.

Клетка Фарадея – это гениальное изобретение великого английского учёного того времени остаётся по-прежнему актуальным по сей день. С появлением на рынке новых материалов возможности по созданию КФ различной конструкции значительно расширяются.

Видео

Легче глушилку мощную блокиратор мобильных телефонов установить в помещении (дешевше и проще) Они продаются в Интернете например здесь Во многих кинотеатрах, театрах, храмах, гос. учреждениях, исправительных колониях и тюрьмах стоят, в Большом театре тоже, например, стоят и при чем негласно.
Цитата:
Функции и применение блокираторов мобильной связи

По мере экстремального развития сотовой связи в последнее десятилетие на ряду с несомненной ее пользой человечество получило и ряд глобальных неудобств. Да! Мы ежедневно подвергаемся тотальной слежке благодаря нашему маленькому другу – мобильнику. Наши разговоры спец органы могут прослушать когда захотят и где захотят, кроме этого, сами телефоны приносят ряд неудобств там, где применение их не совсем целесообразно. Ведь культуры общения у нас как не было так и нет ныне. Существуют определенные места и даже зоны, где мобильная связь не только мешает, но может быть очень критична, например в переговорных, в концертном зале, в аудитории (список можете без руда продолжить)…короче, там, где внезапным звонком можно нарушить и рабочую атмосферу и просто тишину…
Добиться экранирования или подавления сотовой связи можно применением блокираторов сотовых телефонов, тем самым подчас сохранив Вашу информацию. Деньги и нервы.Глушилки сотовых экранируют сигнал между телефонами и базовыми станциями сотовых операторов ослабляя его до нуля или делала его уровень незначительным. Итак, давайте обсудим места, где применение подавителя сотовой связи целесообразно:
Различные аудитории для экзаменов, автозаправочные станции, кинозалы, больницы, военные базы, районы разведки, церкви, залы суда, тюрьмы и места международных соревнований.
В аудитории для экзаменов блокиратор связи поможет остановить жульничество с помощью современной аппаратуры.
На автозаправочных станциях и около нефтесборника подавитель сигнала сотовых блокирует сигнал взрывчатых устройств активируемых дистанционно В переговорных с помощью глушилки мобильных телефонов можно сохранить рабочую атмосферу, а в кинозалах, театре, студиях звукозаписи просто сохранит столь необходимую тишину.
В больницах также зачастую применяются глушители сигнала мобильной связи, поскольку мобильные телефоны могут внести погрешности в различные измерительные приборы и медицинские системы.
Не секрет, что мобильные телефоны легко прослушать и именно поэтому применение блокираторов сотовых телефонов на военных базах способствует сохранению военной тайны.
Применение блокираторов связи в церквях, мечетях не обсуждается из-за этических соображений, потому, что как было сказано нормы морали в нашем обществе плавают. Очень много среди наших клиентов и зон заключения различного режима, все потому что мобильные телефоны в руках заключенных нередко становятся средствами мошенничества.
Есть и другие причины использовать подавители работы мобильных телефонов и других видов связи и места использования могут быть совершенно другими, но так или иначе в большинстве случаев блокиратор связи как не парадоксально приобретается именно для обеспечения спокойствия и порядка.

Спрячьте ваш сотовый телефон или смартфон от мира, заблокировав любые входящие и исходящие радиочастоты при помощи кармана Фарадея. Подобные чехлы и сумки уже появились в продаже в магазинах для гиков и на Кикстартере под лозунгом «Защити данные от взлома». Упакованный в подобный чехол, ваш девайс больше незасекаем для любых WiFi, GPS, Bluetooth, ГЛОНАСС и для самого поставщика услуг связи, т. е. оператора.

Также подобный карман - отличный способ мгновенно «заткнуть» ваш телефон по необходимости: например, если вы находитесь в кинотеатре, в засаде (шутка) или просто хотите прекратить назойливые звонки от некоей личности.

Для этого вам надо просто проложить карман брюк (или другой подходящей одежды) специальной тканью с мелким металлическим плетением в ней, и карман сможет отражать любые входящие сигналы и впитывать энергию. Эффект защиты чего-либо посредством токопроводящей ткани также называется «Клетка Фарадея» (по имени ученого, клетку изобретшего, Майкла Фарадея), от чего пошло название и карманов, сумок, чехлов.

Сшить нечто подобное своими руками - раз плюнуть. К тому же для пытливых умов это забавный научный эксперимент с электрическим полем. Токопроводящую ткань легко найти в продаже в Рунете. Выбирайте рипстоп (укрепленная ткань) с плетением из никеля/меди: у такой ткани высокий рейтинг экранирования и с ней легче всего работать. И помните, что для требуемого эффекта слой подобной ткани не обязан быть толстым, что облегчает дело.

1. Выберите пару брюк, которые вам не жалко переделать. Резать одежду не придется, так что вы их не испортите: выбирайте те, что вы носите чаще всего, либо просто обшейте подобным образом карманы у нескольких пар. Кому-то актуально будет обшить токопроводящей тканью оба кармана, но помните, что вам нужно и обычное место, чтобы носить нормально работающий мобильный телефон.

2. Выворачиваем брюки наизнанку, расправляем один карман и подкладываем под него край токопроводящей ткани. Оптимально, чтобы карман уместился полностью - от швов, скрепляющих его с брюками до нижних швов самого кармана. Маркером для ткани или чем угодно еще (от ручки до мелка или заостренного кусочка мыла) обводим карман на токопроводящей ткани.

3. Вытаскиваем ткань, складываем ее так, чтобы на обведенной области получить 2 слоя материала, скалываем в этом месте ткань булавками и вырезаем 2 стороны для кармана - с припусками по всему периметру в 1,5-2 см.

4. Вынимаем булавки, кладем по одной вырезанной детали из материала на каждую сторону кармана, закрывая последний токопроводящей тканью полностью. Булавками скалываем оба слоя ткани и карман вместе, чтобы все отлично держалось, где положено.

5. Швейную машинку заправляем обычными крепкими нитками и выставляем меньшую (максимум среднюю) длину шага обычного прямого шва. По периметру с отступом от края в 1,5-2 см сшиваем края кармана и оба куска токопроводящей ткани, где получится. Остальные - труднодоступные - места дошиваем иголкой с ниткой вручную. Сверху поперек кармана!также прошиваем карман насквозь! Т. е. сшиваем вместе все 4 слоя: 2 стороны кармана и верх 2-х кусков токопроводящей ткани, оставляя лишь маленькое отверстие, чтобы класть и вытаскивать телефон (но и делать это без особого труда, т. к. вы можете порвать карман пальцами).

Небольшие отверстия в кармане/чехле/сумке Фарадея оставлять можно - до тех пор, пока они малы относительно длины падающей электромагнитной волны. К примеру, волна 1 Ггц обладает длиной 0,3 метра в свободном пространстве. И пока отверстие значительно меньше, чем этот размер (например, несколько миллиметров), оно не пропустит большое количество падающей волны. Поэтому оставшееся в кармане отверстие под телефон необходимо заделывать - например, токопроводящей изолентой или можно, одновременно сшивая попарно свой слой ткани и одну сторону кармана, вшить внутрь кармана липучку по всей ширине отверстия сверху. Но можно и не вшивать и не вклеивать, т. к. на джинсах, например, плотная ткань и так будет держать края кармана сведенными.

Для наилучшего результата телефон в кармане должен всегда быть полностью закрыт токопроводящей тканью. Но сунули руку в карман без липучки или просто нагнулись/присели - и все, сигнал опять начнет проходить.

Сумка/чехол

В отношении отверстий и надежности гораздо лучше по аналогии (токопроводящая ткань плюс плотная ткань просто чтобы чехол был крепким) сшить для любого вашего девайса - будь то смартфон или планшет - чехол или сумку на липучках, проходящих по всему открытому краю со всех сторон.