Faraday kafesi nedir? Faraday kafesi çalışma prensibi
Faraday kafesi nedir?
Faraday kafesi, iletken bir metal ile kaplanmış veya çok sayıda iletken ile örümcek ağı biçiminde örülmüş olan ve bir cismi dışarıdaki elektrik alanlardan koruyan bir muhafazadır.
Sarılmış iletkenler mutlaka topraklanmalıdır. Ağların gözleri ne kadar sık ve topraklama ne kadar iyi olursa koruma o denli güvenli olur ve dışardaki elektrik alan kafesin içerisine giremez. Aralıklar geniş olursa elektrik alanın içeriye sızması ihtimali vardır.
İletkenlerin atomlarının en dış yörüngelerindeki değerlik elektronları atomlarından kolayca ayrılıp hareket etme kabiliyetine sahiptir. Bu elektonların hareket ettiği elektrik alan içerisinde kapalı yüzeye sahip bir iletken yerleştirildiğinde elektronlar elektrik alan sıfırlanıncaya kadar hareket eder. Elektrik alan sıfırlanınca da hareket etmelerine gerek kalmaz ve adeta sönümlenir.
Peki Michael Faraday bunu nasıl buldu? Şimdi buna bakalım…
19.yüzyılda Michael Faraday bir odayı metal bir folyo ile kapladı ve elektrostatik bir jeneratör vasıtasıyla metale enerji verdi. Odanın içerisine elektrik şarjlarını yakalayan bir elektroskop yerleştirdi ve odanın içerisinde hiç akım dolaşmadığını farketti. Akım sadece metal folyonun üzerinde dolaşıyordu ve odanın içerisine hiç girmiyordu.
Bunun nasıl olduğunu anlamak için elektrik iletkenlerinin nasıl çalıştığını anlamanız gerekir. Süreç aslında basittir. Alüminyum kafes gibi metal nesneler iletkenlerdir ve içlerinde hareket eden elektronlara (negatif yüklü parçacıklar) sahiptir. Elektriksel yük olmadığında, iletken yaklaşık olarak aynı sayıda pozitif ve negatif partikül içerir.
Bu iletkene elektrik yükü olan harici bir nesne iletkene yaklaşırsa, pozitif ve negatif parçacıklar birbirinden ayrılır. Yüklü elektronlar bu harici nesneye çekilir. Harici nesne ile aynı yüke sahip elektronlar itilir ve bu nesneden uzaklaşır. Bu yüklerin yeniden dağıtımı elektrostatik indüksiyon olarak adlandırılır.
Harici yüklü nesnenin varlığıyla, pozitif ve negatif parçacıklar iletkenin karşıt taraflarına itilir. Sonuç, dış nesnenin metal iletken içindeki yük alanını iptal eden zıt bir elektrik alanıdır. Alüminyum kafes içindeki net elektrik yükü sıfır olur. Bingo!
Almanya’nın Heimbach kentinde bulunan Faraday fafesi. Kaynak: Frank Vincentz / Wikimedia Commons
Faraday kafesi kullanım alanları
Faraday kafesi yaygın olarak yıldırımlarda kullanılır gibi bir algı var ancak bunun da ötesinde elektromanyetik girişimlerin engellenmesinde de büyük faydası vardır. “Faraday kafesi nerelerde kullanılır?” sorusunun cevabını şöyle sıralayabiliriz:
- Yukarıda anlattığım folyo örneğini farkında olmadan uçaklarda çok yaşarız. Uçaklara sıklıkla yıldırım düşer ve biz bunu fark etmeyiz çünkü uçağın alüminyum gövdesi faraday kafesi görevi görür ve yolcular hiçbir etki hissetmez.
- Arabanız da aslında bir faraday kafesidir. Arabanızın yakınlarına bir yıldırım düştüğünde sizi koruyan lastikler değil, arabanızın gövdesinin oluşturduğu faraday kafesidir.
- Mikrodalga fırınlar bir kafes içerisinde dalgaları yakalar ve yemeklerimizi ısıtır.
- Ekranlı kabloları parazitleri azaltarak net bir sinyal alınmasını sağlar.
- Tüm kritik binalar faraday kafesi ile kaplanır ve yıldırımın etkilerinden ve girişiminden binada bulunan elektronik elemanlar korunur. Data centerlar, laboratuvarlar vs..
- Yanıcı ve patlayıcı maddelerin bulunduğu depolar/binalar faraday kafesi ile kaplanır.
- Askeri tesislerde telsiz haberleşmesinin yapıldığı kritik yerler faraday kafesi ile kaplanarak dışarı sızıntı engellenir.
- USB kabloları veya kablolu televizyon için kullanılan koaksiyel kablo gibi ekranlanmış bir kablonun blendajı , iç iletkenleri dış elektrik gürültüsünden korur ve RF sinyallerinin sızmasını önler.
- Analitik kimyada hassas ölçümler yaparken gürültüyü azaltmak için kullanılır
- Hastanelerde ve özellikle MR Merkezlerinde hastanın sağlık sonuçlarının yanlış görüntülenmemesi için faraday kafesi kullanılır.
- Ayrıca, gizli dinleme cihazlarının engellenmesi gereken durumlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır. Politikacılar ve diğer üst düzey toplantılar çoğu zaman hassas meseleleri Faraday kafesi tasarımı korumalı özel odalarda tartışmayı tercih ediyor.
Faraday kafesini kendi imkanlarınızla evinizde veya atölyenizde bile yapabilirsiniz. İşte bunu gösteren bir video:
