Cara Kerja Kandang Faraday

Listrik adalah sumber kehidupan dari banyak aspek dunia kita. Tanpa volt dan amp , banyak inovasi teknologi kami tidak akan ada lagi. Bahkan tubuh kita tidak akan berfungsi tanpa muatan listrik yang mengalir melalui sel-sel kita. Tapi apa yang diberikan listrik, listrik bisa diambil.

Meskipun bentuk energi ini sangat penting bagi sebagian besar kehidupan kita, ini adalah salah satu hal yang hanya baik dalam jumlah yang tepat. Terlalu banyak listrik dapat menyetrum orang. Demikian juga, itu dapat membunuh elektronik dan mesin modern kita.

Namun berkat Michael Faraday , ilmuwan brilian abad ke-19, dan salah satu penemuannya yang sama, sangkar Faraday, kita manusia telah mengembangkan banyak cara untuk mengendalikan listrik dan membuatnya lebih aman untuk komputer, mobil, dan penemuan kita lainnya -- dan untuk kami juga.

Sangkar Faraday melindungi isinya dari medan listrik statis. Medan listrik adalah medan gaya yang mengelilingi partikel bermuatan , seperti elektron atau proton.

Kandang-kandang ini sering terlihat jelas, yah, seperti sangkar. Beberapa yang sederhana seperti pagar rantai atau ember es. Yang lain menggunakan jaring logam halus. Terlepas dari penampilannya yang tepat, semua sangkar Faraday menerima muatan elektrostatik, atau bahkan jenis radiasi elektromagnetik tertentu, dan mendistribusikannya di sekitar bagian luar sangkar.

Radiasi elektromagnetik ada di sekitar kita. Ada dalam cahaya tampak dan ultraviolet, dalam gelombang mikro yang memasak makanan kita, dan bahkan dalam gelombang radio FM dan AM yang memompa musik melalui radio kita . Namun terkadang, radiasi ini tidak diinginkan dan benar-benar mengganggu. Di situlah kandang Faraday masuk.

Saat sangkar Faraday mendistribusikan muatan atau radiasi itu di sekitar bagian luar sangkar, ia membatalkan muatan listrik atau radiasi di dalam interior sangkar. Singkatnya, sangkar Faraday adalah konduktor berongga, di mana muatannya tetap berada di permukaan luar sangkar.

Fungsi dasar itu memiliki banyak kegunaan menarik di dunia kita yang penuh dengan listrik dan teknologi. Dan meskipun Faraday pada akhirnya akan memiliki harinya, latar belakang penemuannya sebenarnya berakar pada masa-masa sebelumnya. Jadi, dari mana ide untuk kandang yang sangat berguna ini berasal? Cari tahu di halaman berikutnya.

1. Temuan Pertama Franklin
2. Elektrostatik untuk Rakyat
3. Faraday, Cara Modern
4. Kandang mutakhir

Ben Franklin - lah yang membantu menginspirasi banyak ide di balik sangkar Faraday. Franklin, tentu saja, menghabiskan sebagian dari karirnya yang terkenal menerbangkan layang-layang di tengah badai petir dalam upaya untuk menarik petir dan dengan demikian sudah agak mengenal keanehan dan konsep listrik.

Pada 1755, Franklin mulai bermain-main dengan listrik dengan cara baru. Dia menyetrum kaleng pint perak dan menurunkan bola gabus tanpa muatan yang diikatkan ke benang sutra non-konduktif ke dalamnya. Dia menurunkan bola sampai menyentuh bagian bawah kaleng dan mengamati bahwa bola tidak tertarik ke sisi dalam kaleng. Namun ketika Franklin menarik bola gabus dan menggantungnya di dekat bagian luar kaleng yang dialiri listrik, bola itu segera ditarik ke permukaan kaleng.

Franklin bingung dengan interaksi listrik dan benda-benda bermuatan dan tidak bermuatan. Dia mengakui sebanyak itu dalam sebuah surat kepada seorang rekan: "Anda memerlukan alasannya; saya tidak mengetahuinya. Mungkin Anda dapat menemukannya, dan kemudian Anda akan dengan baik mengomunikasikannya kepada saya."

Puluhan tahun kemudian, seorang ahli fisika dan kimia Inggris bernama Michael Faraday melakukan pengamatan terkait lainnya -- yaitu, ia menyadari bahwa konduktor listrik (seperti sangkar logam), ketika diisi, hanya menunjukkan muatan itu pada permukaannya. Itu tidak berpengaruh pada interior konduktor.

Faraday menegaskan kembali pengamatan ini dengan melapisi ruangan dengan foil logam dan kemudian mengisi foil dengan menggunakan generator elektrostatik. Dia menempatkan elektroskop (perangkat yang mendeteksi muatan listrik) di dalam ruangan, dan, seperti yang dia antisipasi, lingkup menunjukkan bahwa tidak ada muatan di dalam ruangan. Muatan hanya bergerak di sepanjang permukaan foil dan tidak menembus ruangan sama sekali.

Faraday further examined this phenomenon with his famous ice pail experiment. In this test, he basically duplicated Franklin's idea by lowering a charged brass ball into a metal cup. As expected, his results were the same as Franklin's.

This concept has all sorts of amazing applications, but here's one that's relevant to anyone who's ever been in an airplane. Imagine flying in an airplane that's suddenly struck by lightning. This isn't a rare occurrence -- it actually happens regularly, yet the plane and its passengers aren't affected. That's because the aluminum hull of the plane creates a Faraday cage. The charge from the lightning can pass harmlessly over the surface of the plane without damaging the equipment or people inside.

It's not shocking, really. It's just science. On the next page, you'll see how this clever kind of cage design really works.

In order to understand how Faraday cages work, you need a basic understanding of how electricity operates in conductors. The process is simple: Metal objects, such as an aluminum mesh, are conductors, and have electrons (negatively charged particles) that move around in them. When no electrical charge is present, the conductor has roughly the same number of commingling positive and negative particles.

If an external object with an electrical charge approaches the conductor, the positive and negative particles separate. Electrons with a charge opposite that of the external charge are drawn to that external object. Electrons with the same charge as the external object are repelled and move away from that object. This redistribution of charges is called electrostatic induction.

With the external charged object present, the positive and negative particles wind up on opposite sides of the conductor. The result is an opposing electric field that cancels out the field of the external object's charge inside the metal conductor. The net electric charge inside the aluminum mesh, then, is zero.

Dan inilah kicker nyata. Meskipun tidak ada muatan di dalam konduktor, medan listrik yang berlawanan memang memiliki efek penting-- medan listrik ini melindungi bagian dalam dari muatan listrik statis bagian luar dan juga dari radiasi elektromagnetik, seperti gelombang radio dan gelombang mikro. Di situlah letak nilai sebenarnya dari sangkar Faraday.

Efektivitas perisai ini bervariasi tergantung pada konstruksi kandang. Variasi konduktivitas logam yang berbeda, seperti tembaga atau aluminium, mempengaruhi fungsi kandang. Ukuran lubang di layar atau jaring juga mengubah kemampuan sangkar dan dapat disesuaikan tergantung pada frekuensi dan panjang gelombang radiasi elektromagnetik yang ingin Anda keluarkan dari bagian dalam sangkar.

Sangkar Faraday terkadang menggunakan nama lain. Mereka dapat disebut perisai Faraday , sangkar RF ( frekuensi radio ) , atau sangkar EMF ( gaya gerak listrik ) .

Apa pun sebutannya, sangkar Faraday paling sering digunakan di laboratorium ilmiah, baik dalam eksperimen maupun dalam pengembangan produk. Pada halaman berikutnya, Anda akan menemukan dengan tepat bagaimana para insinyur menguji perisai yang cerdik ini.

Bukan Apa yang Ada Dalam Pikiran Michael

Ketika Faraday membangun kandang pertamanya, dia mungkin tidak memiliki otak pencuri. Tapi polisi sering menangkap pengutil melapisi tas dengan aluminium foil, yang mengganggu tag RFID antipencurian yang ditempelkan pada produk mahal di toko ritel.

Orang-orang menggunakan sangkar Faraday untuk beragam tujuan -- terkadang dalam pengaturan lab esoteris, terkadang dalam produk umum. Mobil Anda, misalnya, pada dasarnya adalah sangkar Faraday. Ini adalah efek sangkar, bukan ban karet , yang melindungi Anda jika terjadi sambaran petir di dekatnya.

Banyak bangunan juga bertindak sebagai sangkar Faraday, jika hanya secara tidak sengaja. Dengan plester atau dinding beton yang dipenuhi dengan tulangan logam atau wire mesh, mereka sering membuat kekacauan dengan jaringan internet nirkabel dan sinyal ponsel.

But the shielding effect most often benefits humankind. Microwave ovens reverse the effect, trapping waves within a cage and quickly cooking your food. Screened TV cables help to maintain a crisp, clear image by reducing interference.

Power utility linemen often wear specially made suits that exploit the Faraday cage concept. Within these suits, the linemen can work on high-voltage power lines with a much-reduced risk of electrocution.

Governments can protect vital telecommunications equipment from lightning strikes and other electromagnetic interference by building Faraday cages around them. Science labs at universities and corporations employ advanced Faraday cages to completely exclude all external electric charges and electromagnetic radiation to create a totally neutral testing environment for all sorts of experiments and product development.

Intrigued? Keep reading, and you'll see other wild ways this simple cage effect is put to use for sophisticated purposes.

Make Your Own Cage

You don't need to spend millions or have a physics degree to make your own Faraday cage. On the Internet, you can find instructions for building a simple cage from common household products.

Swing by a hospital and you'll find Faraday cages in the form of MRI ( magnetic resonance scanning ) rooms. MRI scans rely on powerful magnetic fields to create medically useful scans of the human body. MRI rooms must be shielded to prevent stray electromagnetic fields from affecting a patient's diagnostic images.

There are plenty of political and military uses for Faraday cages, too. Politicians may opt to discuss sensitive matters only in shielded rooms that can block out eavesdropping technologies. All modern armed forces depend on electronics for communications and weapons systems, but there's a catch --these systems are vulnerable to aggressive EMPs (electromagnetic pulses), which can be a result of a solar storm or even man-made EMP attacks. To safeguard critical systems, militaries sometimes use shielded bunkers and vehicles.

It's for this same reason that Faraday cages are a fond subject in the survivalist subculture. These people, who preach self-sufficiency and mistrust of governmental response in the face of human-caused or natural disasters, believe in shielding all important electronics using homemade Faraday cages. In the event that an apocalyptic cataclysm strikes, they'll still have their shortwave radios and other high-tech tools that could be lifesavers.

Even if you're not particularly concerned with doomsday scenarios, Faraday cages likely play a role in your life every day. These cages harness a basic principle of physics and help people all over the planet put those principles to use -- for safety, luxury, convenience and to help further evermore exciting technological advances.

Originally Published: Jun 28, 2011

Apa itu sangkar Faraday dan bagaimana cara kerjanya?

Apa yang bisa menembus sangkar Faraday?

Apakah kandang Faraday legal?

Bisakah Anda menggunakan aluminium foil sebagai sangkar Faraday?

Bisakah Anda membeli sangkar Faraday?

Artikel Terkait

Lebih Banyak Tautan Hebat

Sumber