Klatka Faradaya to ochrona przed polem elektrycznym – uczyliśmy się tego na lekcjach fizyki. Do czego może nam się przydać ta wiedza w codziennym życiu? Pole elektrostatyczne, fale elektromagnetyczne, prawa fizyki – dzisiaj wracamy do szkoły!
Czym jest klatka Faradaya?
Klatka Faradaya to, najprościej mówiąc, osłona, zwykle w formie właśnie klatki, zamkniętego naczynia, chroniąca przedmioty przed działaniem zewnętrznego pola elektrycznego. Została nazwana na cześć jej wynalazcy, Michaela Faradaya, który skonstruował pierwszy egzemplarz w 1836 r. Jej działanie obrazuje podstawowe prawa elektrostatyki, a przy okazji jest na tyle widowiskowa, że często stosuje się ją podczas lekcji fizyki.
Michael Faraday był jednym z genialnych wynalazców swojej epoki – poza klatką Faradaya zawdzięczamy mu również pierwszy silnik elektryczny. Już sto lat wcześniej te same zjawiska badał Benjamin Franklin. Nie udało mu się jednak odkryć praw, które sprawiały, że przedmioty wewnątrz naelektryzowanej metalowej puszki nie reagowały w żaden sposób, a wyciągnięte z niej, przyklejały się do zewnętrznych ścianek.
Proste doświadczenie, które demonstruje działanie klatki Faradaya, zazwyczaj polega na przystawieniu do metalowej klatki naelektryzowanego pręcika, żeby zademonstrować, że umieszczone wewnątrz klatki Faradaya przedmioty nie ulegają działaniu ładunku elektrostatycznego.
W bardziej widowiskowych demonstracjach w klatkach umieszcza się ludzi, a następnie uruchamia się umieszczony obok generator Van de Graaffa – maszynę z dużą kulistą elektrodą, która strzela w metalową klatkę groźnie wyglądającymi błyskawicami. Ludzie w klatce Faradaya nie mają się czego obawiać – konstrukcja chroni ich przed ładunkami.
Zasada działania klatki Faradaya
Klatka Faradaya wcale nie musi mieć postaci klatki – równie dobrze sprawdzi się puszka, o ile jest wykonana z metalu będącego idealnym przewodnikiem. Potencjał elektryczny na jego powierzchni musi być identyczny we wszystkich punktach. Kiedy na zewnątrz pojawia się ładunek elektryczny, ładunki ujemne w metalu przemieszczają się, by go zrównoważyć. Oprócz pola elektrycznego klatka Faradaya blokuje również fale elektromagnetyczne – jeśli umieścimy w niej telefon, nie będzie miał sygnału.
Budowa klatki Faradaya jest bardzo prosta. Łatwo można zrobić ją w domu – w wersji najbardziej podstawowej wystarczy do tego zwykła folia aluminiowa. Jeśli ściśle owiniemy nią pudełko i przystawimy naładowany elektrycznie przedmiot do jej zewnętrznej części, ujemne ładunki elektryczne nie będą w żaden sposób oddziaływać na przedmioty umieszczone w środku.
Zastosowanie dla klatki Faradaya
Działanie klatki Faradaya przydaje nam się w życiu codziennym, nawet w domu – zwłaszcza jeśli często podgrzewamy jedzenie w kuchence mikrofalowej, która korzysta z właściwości elektrostatyki odkrytych 200 lat temu. Wystarczy przyjrzeć się siateczce na drzwiach kuchenki – i podziękować w duchu panu Faradayowi za ciepły obiad. Czasami jednak klatka Faradaya może nam napsuć krwi – na tej zasadzie działają bowiem windy, uniemożliwiając w środku rozmowy telefoniczne.
Dzięki klatce Faradaya podczas burzy najlepiej schować się w aucie. Metalowe nadwozie samochodu również jest tą konstrukcją i dlatego chroni przed uderzeniami piorunów. Oczywiście nie zapewnia to nadal stuprocentowego bezpieczeństwa, siedzenie za kierownicą jest jednak znacznie lepszym pomysłem, niż szukanie schronienia pod drzewem.
Niewielkie pudełka pełniące funkcje klatek Faradaya przydają się również do zabezpieczania sprzętów, których nie chcemy wystawiać na działanie pola elektromagnetycznego lub fal elektrycznych. Jeśli nasz samochód otwiera się bezkluczykowo, warto zaopatrzyć się w klatkę Faradaya do przechowywania pilota. Złodzieje coraz częściej są w stanie hackować te urządzenia zdalnie, korzystając właśnie z fal elektromagnetycznych. Małe klatki Faradaya sprzedawane w formie futerałów, saszetek lub pudełek skutecznie blokują te próby. Dlatego umieszczenie pilota do samochodu w bezpiecznym pojemniku pomoże nam uniknąć kradzieży pojazdu.
W domowych klatkach Faradaya można również przechowywać baterie i power banki, zabezpieczając je w ten sposób i przedłużając ich trwałość. Osoby zainteresowane preppingiem, czyli przygotowaniem do życia po globalnej katastrofie, często stosują podobne sztuczki, żeby ich sprzęt zawsze był gotów na wyjątkowe okoliczności. Nawet jeśli nie przygotowujesz się na koniec świata czy na inne wielkie katastrofy naturalne, te pomysły mogą Ci się przydać w codziennym życiu.
Klatka Faradaya blokuje również sygnały GPS i Bluetooth, więc przydaje się, jeśli potrzebujemy zapewnić sobie prywatność. Stosowali ją szpiedzy i wojskowi, kiedy chcieli odbyć prywatne rozmowy bez ryzyka, że zostaną podsłuchani. Większość z nas słyszała choć raz określenie “foliarze” – tak nazywa się zwolenników teorii spiskowych, którzy w filmach i serialach zwykle chodzą w czapeczkach z folii aluminiowej, żeby nikt nie odczytywał ich myśli. To ciekawe zastosowanie klatki Faradaya, raczej nie pomaga jednak w unikaniu hipnozy i kontroli umysłów.
Jeśli rozważasz, czy wynalazek Faradaya przyda Ci się w domu, warto pamiętać, że klatka klatce nierówna. Poza kwestią pełnej izolacji należy wziąć pod uwagę, że odpowiednio duże promieniowanie może przebić się przez cieńsze konstrukcje. Dlatego jeśli zamierzasz zaopatrzyć się w klatkę Faradaya, ważne jest odpowiednie dobranie jej do zastosowania.
Zobacz: Jaka jest prędkość światła? Wszystko o prędkości światła
Klatka Faradaya to wynalazek znany ludzkości już od prawie 200 lat. Dzięki niemu jesteśmy w stanie chronić siebie, choć częściej nasze przedmioty, przed działaniem zewnętrznego pola elektrycznego, które odpowiedzialne jest np. za zakłócenia sprzętów. Czy znane Ci były wszystkie zastosowania klatki, jakie wymieniliśmy w artykule? Podziel się z nami w komentarzu!
