Το κλουβί του Φαραντέι ήταν μία από τις πιο ευφυείς εφευρέσεις – αν μπορούμε να το πούμε έτσι – των δεκαετιών ’80-’90 και σήμερα μας επιτρέπει να μην φοβόμαστε τους κεραυνούς.
Η κατανόηση της λειτουργίας του είναι στην πραγματικότητα εύκολη και χρησιμοποιείται σε διάφορους τομείς και καταστάσεις, ακόμη και κοινές. Ας δούμε τι είναι και πώς μπορεί να μας σώσει τη ζωή, αλλά πρώτα… Λίγα λόγια για τον δημιουργό!
Μάικλ Φαραντέι: ποιος ήταν
Ο Μάικλ Φαραντέι ήταν Βρετανός φυσικός και χημικός, αλλά η νεότητά του δεν ήταν καθόλου εύκολη. Άρχισε να εργάζεται στην ηλικία των 13 ετών και λόγω της κοινωνικής του τάξης, δεν μπορούσε να αντέξει οικονομικά σπουδές.
Κατά τη διάρκεια της μαθητείας του σε ένα τοπικό βιβλιοπωλείο, είχε την ευκαιρία να διαβάσει διάφορα έργα, μεταξύ των οποίων το The Improvement of the Mind του Isaac Watt. Από τότε, ανέπτυξε μια άνευ όρων πάθος για τις επιστήμες, μελετώντας φυσική και χημεία ως αυτοδίδακτος.
Αλλά χάρη σε τυχερά γεγονότα και το καλό μάτι για ταλέντα από μερικούς σημαντικούς καθηγητές, άρχισε να σπουδάζει τακτικά σε μερικά από τα καλύτερα ιδρύματα και από εκεί… Διατύπωσε τον νόμο του Φαραντέι και το κλουβί που πήρε το όνομά του.
Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής
Γνωστός και ως νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, ο νόμος του Φαραντέι ήταν μια ανατροπή για τους επιστήμονες. Ο Φαραντέι τον διατύπωσε στην πρώτη μισή των δεκαετιών του ’80, χάρη στις άλλες θεωρίες και νόμους που προηγήθηκαν για τον ηλεκτρισμό και το μαγνητικό πεδίο από άλλους μεγάλους επιστήμονες.
Αυτό λέει ο νόμος:
Σε ένα κύκλωμα δημιουργείται μια διαφορά δυναμικού ίση με τη μεταβολή στο χρόνο της ροής του μαγνητικού πεδίου που διαπερνά το ίδιο το κύκλωμα.
Εντάξει, έτσι όπως το λέμε φαίνεται κάτι ακατανόητο… Ορίστε λοιπόν ο τύπος:
ΔV=ΔΦ(B)/Δt
Ακόμα τίποτα; Είναι φυσιολογικό… “ΔV” σημαίνει διαφορά δυναμικού, Δt σημαίνει διάρκεια του χρονικού διαστήματος. Ξέρουμε ότι “B” στη φυσική σημαίνει “μαγνητικό πεδίο” και ότι “Φ(B)” σημαίνει “ροή του ΜΠ”.
Από εδώ, ο τύπος μεταφρασμένος σε λέξεις στον παραπάνω περιγραφόμενο νόμο! Με απλά λόγια, ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα επαγόμενο ρεύμα, δηλαδή το ρεύμα δημιουργείται αν μεταβάλλεται το ΔΦ(B). Αλλά γιατί είναι τόσο σημαντικό;
Το κλουβί του Φαραντέι: έννοιες και εφαρμογές
Ο νόμος του Φαραντέι ήταν η βάση που οδήγησε στην κατασκευή του κλουβιού, ως πείραμα για να αποδείξει την αλήθεια των θεωριών του.
Ένα φορτίο δημιουργεί στο χώρο ένα ηλεκτρικό πεδίο, πολώνοντας ό,τι βρίσκεται γύρω του. Ένα πολύ ισχυρό φορτίο είναι ικανό να πολώσει ακόμη και τον αέρα και, τα θετικά φορτία του εδάφους και τα αρνητικά φορτία στον αέρα, δημιουργούν μια ηλεκτρική εκκένωση που κοινώς ονομάζουμε κεραυνούς.
Αλλά αν τοποθετήσουμε στην κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου έναν κοίλο αγωγό, το φορτίο στο εσωτερικό θα είναι 0, δηλαδή μηδενικό! Για να το αποδείξει αυτό, ο Φαραντέι κατασκεύασε ένα μεταλλικό κλουβί συνδέοντας εξωτερικά και εσωτερικά ηλεκτροσκόπια με φύλλα.
Αυτός μπήκε μέσα και ενεργοποίησε μια γεννήτρια φορτίων τόσο ώστε να δημιουργήσει ένα ηλεκτρικό πεδίο τέτοιου μεγέθους που να προκαλέσει κεραυνούς. Τα ηλεκτροσκόπια εξωτερικά άνοιξαν, αυτά εσωτερικά όχι. Αυτό απέδειξε πως – παρουσία ηλεκτρικών πεδίων – στο εσωτερικό ενός κλουβιού (του Φαραντέι) το πεδίο είναι μηδενικό.
Αυτός δεν υπέστη τραυματισμούς φυσικά, αλλά μόνο ικανοποίηση.
Μπορεί το κλουβί του Φαραντέι να μας σώσει τη ζωή; Ναι
Σήμερα, το κλουβί του Φαραντέι εφαρμόζεται σε διάφορα πλαίσια και σίγουρα μας σώζει τη ζωή. Αρκεί να σκεφτούμε τα αεροπλάνα, των οποίων το εξωτερικό περίβλημα έχει σχεδιαστεί σαν κλουβί για να εκφορτίζει τα φορτία των κεραυνών προς μια άκρη, χωρίς συνέπειες για το αεροπλάνο και τους επιβάτες.
Τα αυτοκίνητα είναι σίγουρα ένα άλλο παράδειγμα όπου εφαρμόζεται ο νόμος και η ανακάλυψη του Φαραντέι. Στην πραγματικότητα, κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας κεραυνών, το αυτοκίνητο είναι το πιο συνιστώμενο μέρος για να προστατευτεί κανείς, καθώς το φορτίο του κεραυνού εκφορτίζεται στην επιφάνεια.
Και αν το πιστεύετε ή όχι, ακόμη και ο αγαπημένος φούρνος μικροκυμάτων είναι κατασκευασμένος σύμφωνα με το κλουβί του Φαραντέι αλλά… Αντίστροφα. Στην πραγματικότητα, αν ένα ηλεκτρομαγνητικό φορτίο βρίσκεται στο εσωτερικό του κλουβιού, δημιουργείται ένα πεδίο στο εσωτερικό αλλά όχι στο εξωτερικό.
Στην πράξη, παραμένει παγιδευμένο στο εσωτερικό του κλουβιού και είναι η αρχή με την οποία κατασκευάζονται οι φούρνοι μικροκυμάτων, για να αποφεύγεται η διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο εξωτερικό κατά τη χρήση του (αυτή η διάσημη σχάρα που βλέπετε στην πόρτα).
