تحقیق درباره قفس فاراده و کاربردهای آن در دستگاه‌های برقی

لوازم برقی از جمله ابزاری هستند که به منظور افزایش کیفیت و طول عمر آن‌ها باید مجهز به ساختار ویژه‌ای در بدنه‌ خود باشند. این دستگاه‌ها حتی اگر توسط بهترین برندهای دنیا هم تولید شوند، می‌توانند در مقابل نوسانات برقی آسیب ببینند. از این رو برای پیشگیری از بروز چنین اتفاقاتی در ساخت بسیاری از لوازم برقی از نوعی پوشش و سپر محافظتی برای در امان ماندن از تشعشعات برقی استفاده می‌کنند. یک نمونه از بهترین ابزار برای محافظت در برابر انتقال انرژی‌های الکترومغناطیسی، قفس فاراده است. برای آشنایی با قفس فاراده و کاربردهایش که موضوع تحقیق کتاب فیزیک پایه یازدهم دانش‌آموزان هم است، تا انتهای مطلب با ما همراه شوید.

قفس فاراده چیست و چگونه کار می‌کند؟

قفس فاراده اولین‌بار توسط شیمی‌دان و فیزیک‌دان بزرگی به نام مایکل فارادی ساخته‌شد. او بعد از انجام آزمایشات فراوان با پدیده‌ای به نام میدان مغناطیسی آشنا شد. در ادامه تصمیم به ساخت ابزاری برای محافظت از اجسام در برابر جابه‌جایی بارالکتریکی گرفت. وسیله‌ای که در نهایت به نام خودش یعنی قفس فارادی ثبت شد. قفس فاراده به عنوان مانعی میان اجزای داخلی دستگاه و میدان بار خارجی عمل می‌کند. این محافظ اجازه خروج هیچ انرژی مغناطیسی از درون به بیرون و بالعکس یعنی بیرون به درون را نمی‌دهد. از این رو جسم رسانای داخلی به خوبی می‌تواند به فعالیت و کارکرد خود ادامه دهد.

علت این اتفاق این است که در حالت طبیعی اجسام فلزی رسانا بوده و دارای بار الکتریکی منفی هستند. درصورت نبود هیچ بار الکتریکی در اطراف چنین جسم‌هایی میزان بار مثبت و منفی درون آن‌ها مساوی است. اما زمانی که یک جسم خارجی به این جسم داخلی نزدیک شود، بارهای الکتریکی بر اثر میدان ایجاد شده جدا می‌شوند و بار الکتریکی مخالف با بار الکتریکی جسم خارجی از جسم داخلی جدا شده و جذب فضای خارجی می‌شود. این اتفاق را پدیده القای الکترواستاتیکی یا توزیع مجدد بارهای الکتریکی می‌گویند که در واقع اساس کار قفس فاراده است.

کاربردهای قفس فاراده در لوازم برقی

همانطور که اشاره شد، قفس فاراده نقش یک سپر محافظتی در برابر انتشار انرژی مغناطیسی را بر عهده دارد. اتفاقی که می‌تواند در بهبود کارایی لوازم برقی نقش مهمی ایفا کند. در ادامه به برخی از کاربردهای این قفس می‌پردازیم.

۱. مایکروویو

همه‌ی ما می‌دانیم که دستگاهی مثل مایکروویو در زمان فعالیت خود سرشار از انرژی مغناطیسی است. از این رو نیاز به یک بدنه‌ای با ساختار ویژه‌ برای جلوگیری از انتشار این بارها و ذرات به فضای بیرونی خود دارد. پوسته‌ی فلزی به کار رفته در ساخت بدنه‌ی این دستگاه عملکردی مشابه قفس فاراده داشته و مانع از انتشار امواج الکتریکی مایکروویو به محیط بیرونی می‌شود.

۲. محافظ EMI

تجهیزاتی مانند محافظ EMI باعث بهبود عملکرد طبیعی دستگاه برقی و محافظت از آن در مقابل نوسانات و تشعشعات الکترومغناطیسی می‌شوند. این محافظ در شکل‌های گوناگونی تولید شده که هر کدام برای دستگاه الکترونیکی مشخصی طراحی شده‌اند. برای تلویزیون از کابل‌های محافظ کواکسیل استفاده می‌شود. این کابل از یک تعداد محافط رسانای مسی تشکیل شده که توسط یک بافت پوششی عموما از جنس PVC پوشانده شده‌اند. این کابل عملکردی مشابه قفس فاراده داشته و از محیط رسانای داخلی تلویزیون در مقابل نوسانات و تشعشعات بیرونی محافظت می‌کند. از انتشار سیگنال‌های RF به فضای بیرون از تلویزیون هم جلوگیری می‌کند.

۳. لباس‌های محافظتی

افرادی که در محیط‌های پرخطر که در معرض خطوط برق فشار قوی و انرژی مغناطیسی فراوانی است، کار می‌کنند، همواره با لباس و تجهیزات ویژه‌ای پوشانده شده‌اند. این لباس مانند یک قفس فاراده عمل می‌کند. افراد با پوشیدن لباس‌های محافظتی می‌توانند در برابر خطراتی مانند برق‌گرفتگی از خود محافظت نمایند.

۴. تصویربرداری MRI

یکی از کاربردهای مهم قفس فاراده در اتاق‌های تصویربرداری MRI است. استفاده از این پوشش در اتاق‌های اسکن مانع از ورود هرگونه امواج رادیویی بیرونی به محیط درون و اختلال در فرآیند تصویربرداری می‌شود. این کار می‌تواند مانع از بروز خطا و اشتباهی در نتیجه‌ی آزمایشات و تصویربرداری‌های بیمار شود.

۵. محافظت در برابر صاعقه

در وسایل حمل و نقل مانند ماشین و هواپیما از پوشش قفس فاراده استفاده می‌شود. این پوشش می‌تواند از برخورد تشعشعات خارجی مانند صاعقه به مسافران جلوگیری کند. 

کلام آخر

همانطور که در این مطلب خواندید، وجود تجهیزات محافظتی مانند قفس فاراده برای عملکرد صحیح دستگاه‌های برقی الزامی است. در این نوشته به برخی از این دستگاه‌های برقی اشاره شد. شما همراهان عزیز اگر با دستگاه دیگری آشنایی دارید که از وسیله‌ای مانند قفس فاراده به منظور کارکرد بهتر کمک گرفته، در بخش نظرات برای ما بنویسید. همچنین برای یافتن پاسخ بسیاری از پرسش‌های کتاب‌های درسی مقاطع مختلف تحصیلی می‌توانید با بخش محتوای کمک درسی ستاره همراه شوید.