Klatka Faradaya była jednym z najbardziej genialnych wynalazków – jeśli można tak powiedzieć – lat 80-90 i dziś pozwala nam nie bać się piorunów.
Zrozumienie jej działania jest w rzeczywistości łatwe i jest używana w różnych dziedzinach i sytuacjach, nawet codziennych. Zobaczmy, czym jest i jak może uratować nam życie, ale najpierw… Kilka słów o autorze!
Michael Faraday: kim był
Michael Faraday był brytyjskim fizykiem i chemikiem, ale jego młodość nie była wcale łatwa. Zaczął pracować w wieku 13 lat i z powodu swojego statusu społecznego nie mógł sobie pozwolić na naukę.
Podczas praktyki w lokalnej księgarni miał okazję przeczytać różne dzieła, w tym The Improvement of the Mind autorstwa Isaaca Watta. Od tego czasu rozwinął bezwarunkową pasję do nauk, studiując fizykę i chemię jako samouk.
Ale dzięki szczęśliwym wydarzeniom i dobremu oku na talenty niektórych ważnych profesorów, zaczął regularnie studiować w jednych z najlepszych instytutów i stamtąd… Sformułował prawo Faradaya i klatkę, która nosi jego imię.
Prawo indukcji elektromagnetycznej
Znane również jako prawo indukcji elektromagnetycznej, prawo Faradaya było przełomem dla naukowców; Faraday sformułował je w pierwszej połowie lat 80., dzięki wcześniejszym teoriom i prawom dotyczącym elektryczności i pola magnetycznego opracowanym przez innych wielkich naukowców.
Oto co mówi prawo:
W obwodzie generuje się różnica potencjałów o intensywności równej zmianie w czasie strumienia pola magnetycznego, który przechodzi przez sam obwód.
Ok, powiedziane w ten sposób wydaje się to czymś niezrozumiałym… Oto więc formuła:
ΔV=ΔΦ(B)/Δt
Wciąż nic? To normalne… “ΔV” oznacza różnicę potencjałów, Δt oznacza czas trwania przedziału czasowego. Wiemy, że “B” w fizyce oznacza “pole magnetyczne” i że “Φ(B)” oznacza “strumień PM”.
Stąd formuła przetłumaczona na słowa w opisanym powyżej prawie! Mówiąc prościej, zmienne pole magnetyczne generuje prąd indukowany, czyli prąd powstaje, jeśli zmienia się ΔΦ(B). Ale dlaczego jest to tak ważne?
Klatka Faradaya: koncepcje i zastosowania
Prawo Faradaya było podstawą, która doprowadziła do stworzenia klatki, jako eksperymentu mającego na celu udowodnienie prawdziwości jego teorii.
Ładunek generuje w przestrzeni pole elektryczne, polaryzując to, co go otacza. Bardzo silny ładunek jest w stanie spolaryzować nawet powietrze, a dodatnie ładunki z ziemi i ujemne ładunki w powietrzu generują wyładowanie elektryczne, które powszechnie nazywamy piorunami.
Ale jeśli umieścimy w kierunku pola elektrycznego przewodnik pusty, ładunek wewnątrz będzie równy 0, czyli zerowy! Aby to udowodnić, Faraday zbudował metalową klatkę, podłączając do niej na zewnątrz i wewnątrz elektroskopy z liśćmi.
Wszedł do środka i uruchomił generator ładunków, tworząc pole elektryczne o takich rozmiarach, że wywołało pioruny. Elektroskopy na zewnątrz otworzyły się, te wewnątrz nie. To pokazało, że – w obecności pól elektrycznych – wewnątrz klatki (właśnie Faradaya) pole jest zerowe.
Oczywiście nie odniósł obrażeń, tylko satysfakcję.
Czy klatka Faradaya może uratować nam życie? Tak
W dzisiejszych czasach klatka Faradaya jest stosowana w różnych kontekstach i z pewnością ratuje nam życie. Wystarczy pomyśleć o samolotach, których zewnętrzna powłoka została zaprojektowana na wzór klatki, aby odprowadzać ładunki piorunów do jednego końca, bez konsekwencji dla samolotu i pasażerów.
Samochody są z pewnością innym przykładem, gdzie stosuje się prawo i odkrycie Faradaya. W rzeczywistości, podczas burzy z piorunami, samochód jest najbardziej zalecanym miejscem do schronienia się, ponieważ ładunek pioruna jest odprowadzany na powierzchnię.
I czy w to wierzycie, czy nie, nawet ukochana kuchenka mikrofalowa jest zbudowana zgodnie z klatką Faradaya, ale… Na odwrót. W rzeczywistości, jeśli ładunek elektromagnetyczny znajduje się wewnątrz klatki, generuje pole wewnątrz, ale nie na zewnątrz.
W praktyce, pozostaje uwięziony wewnątrz klatki i to jest zasada, według której budowane są kuchenki mikrofalowe, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się fal elektromagnetycznych na zewnątrz podczas ich używania (ta słynna kratka, którą widzicie na drzwiczkach).
