7

Klatka Faradaya – czym jest i jak działa?

Fizyka w szkole nie należy do przedmiotów powszechnie lubianych przez uczniów. Wymaga zapamiętania wzorów, wizualizowania procesów niewidocznych gołym okiem, przeliczania, a co najgorsze, trudno ratować się laniem wody, gdy ktoś nie jest przygotowany. Same eksperymenty wywoływały zainteresowanie, ale dla większości były to atrakcje tego samego rodzaju, co występ przyjezdnego iluzjonisty. Nic dziwnego, że po szkole mało kto się nią zajmuje, a większość wiedzy ulatuje. Skąd więc tak duża popularność „w internetach” klatki Faradaya?

Klatka Faradaya – podstawowe informacje

Klatkę Faradaya, wymyślił, cóż za niespodzianka, Michael Faraday, genialny angielski fizyk i chemik, będący między innymi odkrywcą zjawiska indukcji elektromagnetycznej, ojcem silnika elektrycznego i wynalazcą prądnicy. Samą klatkę stworzył w 1836 r., w celu zobrazowania zjawiska polegającego na „chronieniu się” przez zbudowany z materiału przewodzącego i pusty w środku obiekt przed wniknięciem do jego środka pola elektrostatycznego.

Ponieważ potencjał elektryczny na powierzchni przewodnika musi być w każdym miejscu równy, w przypadku pojawienia się zewnętrznego pola na niego oddziałującego, ładunki na obiekcie przemieszaczają się w taki sposób, żeby je zrównoważyć (zgodnie z kierunkiem, ale o przeciwnym zwrocie).

W efekcie naładowane ujemnie elektrony rozłożą się na powierzchni klatki, mówiąc nieprecyzyjnie, ale bardziej obrazowo, po „plusowej stronie” pola, neutralizując jego oddziaływanie i nie pozwalając mu przeniknąć do wewnątrz . W praktyce oznacza to, że np.telefon komórkowy we wnętrzu klatki straci połączenie z siecią.

Klatka, którą zbudował Faraday była pomieszczeniem obłożonym folią metaliczną, która została przez naukowca naelektryzowana. W środku ustawiono elektroskop, którego pomiary wykazały, a właściwie nie wykazały obecności żadnych ładunków. Eksperyment z klatką, czasem zwaną też puszką, skrzynką czy siatką (obiekt nie musi mieć litych ścian) Faradaya, do dziś jest jednym z popularniejszych przy nauczaniu fizyki.

Jak zbudować klatkę Faradaya?

Klatkę Faradaya można w bardzo prosty sposób zrobić samemu. Jej najbardziej prymitywną formą będzie zwykła folia aluminiowa, w którą możemy zawinąć telefon i odciąć go całkowicie od sieci. Możecie też w tym celu użyć metalowych pudełek, naczyń czy koszów na śmieci… Każdy metalowy przedmiot tego typu będzie pełnoprawną klatką Faradaya.

Najbardziej widowiskowe i edukacyjne efekty dają jednak zabawy ze specjalnymi klatkami edukacyjnymi. Na pokazach naukowych najczęściej stosuje się takie zbudowane z siatki metalowej. Niektóre są tak duże, że uczestnicy pokazu mogą wejść do środka i zaobserwować jej działanie na własnych urządzeniach. Są też często wyposażone w specjalne tasiemki, które na zewnątrz klatki są odpychane przez zgromadzone ładunki, a wewnątrz nie reagują.

Klatki Faradaya w praktyce

Najczęściej podawanymi przykładami wykorzystania zasady działania klatki Faradaya w praktyce są samochód i samolot. O ile jednak opisane powyżej zjawisko do pewnego stopnia faktycznie w ich przypadku zachodzi, żadne z nie jest wystarczająco dobrym ekranem, żeby na ten tytuł w pełni zasłużyć. Dodatkowo oba pojazdy są tymi quasi-puszkami przy okazji. Nikt w przypadku projektowania samochodów w dawnych czasach nie myślał, że ma być puszką Faradaya zabezpieczającą przed uderzeniem pioruna, tylko, że fajnie, gdyby deszcz nie padał nam na głowy…

Klatki Faradaya z prawdziwego zdarzenia są za to stosowane na przykład w szpitalach, gdzie izolują systemy urządzeń służących do przeprowadzania rezonansu magnetycznego od wpływu zewnętrznych czynników elektromagnetycznych. Z tego samego powodu znajdziecie puszki także w niektórych laboratoriach.

Mogą być też przydatne, jeśli jesteście poważnym politykiem albo pracownikiem wywiadu. Służby każdego kraju dysponują specjalnie przygotowanymi pomieszczeniami, odcinającymi przebywającym w nich rozmówcom dostęp do wszelkich sieci bezprzewodowych. Pomieszczenia tego typu mają też niektóre, wyczulone na punkcie bezpieczeństwa, firmy. Słyszałem też o przypadku restauracji, której właściciel zirytowany ciągłymi rozmowami klientów przez telefony komórkowe, pozbył się w ten sposób tego problemu, nie wiem tylko, czy razem z klientami, czy bez.

Niewielkie klatki Faradaya możecie też spotkać w niektórych… portfelach. Mają one za zadanie zabezpieczyć karty zbliżeniowe wyposażone w moduł RFID. Nie da się jednak ukryć, że najpopularniejszym obiektem będącym puszką Faradaya w dzisiejszych czasach, przynajmniej medialnie, jest… foliowa czapeczka.

Symbolizuje ona osoby obawiające się „zabójczego promieniowania 5G”, przy pomocy którego wstrętne korporacje próbują „depopulować planetę”, albo przynajmniej „przejąć kontrolą nad naszymi mózgami”. A kto wie, może nawet jedno i drugie ;). Trochę żal, że po tylu latach w służbie nauki, pojawiły się zastępy ludzi psujących opinię temu sympatycznemu wynalazkowi.

Czy warto mieć własną klatkę Faradaya?

Jeśli posiadacie w swoim samochodzie bezkluczykowy system otwierania drzwi, zdecydowanie warto. Jeśli odłożycie niezabezpieczony kluczyk lub kartę zbyt blisko ściany swojego domu, złodzieje mogą przy pomocy specjalnego urządzenia wzmocnić sygnał wywołujący z samochodu i przejąć odpowiedź z kluczyka. W efekcie bez problemu odjadą waszym samochodem w siną dal.

Czy warto kupować do tego celu specjalną, „dedykowaną” klatkę? Tylko jeśli docenicie jej walory estetyczne, w każdym innym przypadku zwykłe, zamykane metalowe pudełko sprawdzi się dokładnie w ten sam sposób.

Możecie też rozważyć zakup specjalnego etui, które będzie tłumiło sygnał, w czasie przebywania poza domem. Użytkowanie systemu będzie wtedy co prawda mniej wygodne, gdy będziecie chcieli skorzystać z samochodu, każdorazowo trzeba będzie po niego sięgać. Cóż, coś za coś…

Wspomniane wcześniej portfele i etui chroniące karty oraz dokumenty z RFID można rozważyć, jeżeli obawiacie się, że ktoś sczyta z nich wasze dane osobiste. Utrata pieniędzy raczej wam nie grozi, złodzieje przy pomocy takiego ataku są w stanie ukraść tylko niewielkie kwoty (brak PIN) i to jednorazowo, więc… tego po prostu nie robią.

Jeżeli chcecie w ciekawy sposób uczyć swoje dzieci fizyki, można także rozważyć zakup zestawu do eksperymentów elektrostatycznych, zawierający taką bardziej profesjonalną i widowiskową klatkę. Niestety, nie są to najtańsze „zabawki”.

Natomiast wszelkie czapki „z faradayowską wkładką” czy specjalne namioty do odcinania się od zabójczych fal emitowanych przez „złe korporacje” omijajcie szerokim łukiem. Lepiej za te pieniądze kupić jakąś książkę o fizyce i skutecznie uodpornić się na tego typu teorie spiskowe.