Faraday kafesi, dış çevreden yansıyan elektromanyetik radyasyon karşısında bir koruma yöntemi oluştururken; günümüzde birçok sektörde günlük olarak kullanılan bir yöntem oluşturmaktadır. Birçok noktada örneğini görmeniz mümkün olmak ile birlikte tam olarak mantığını ve yararlarını bilmemeniz gayet mümkündür.
Faraday Kafesi Nedir?
Faraday kalkanı şeklinde de isimlendirilen Faraday kafesi sistemi, içinde yer alan objeleri statik veya dinamik elektromanyetik etkiden muhafaza eden bir kalkandır. Yani içindeki nesneyi koruyacak şekilde elektrostatik yükleri dış çevreye ulaştırır.
Elektriksel alanlarda ortaya yayılan elektromanyetik radyasyon ve dalgalar çevrede çalışan kişilere büyük zararlar verebilir. Yaşanabilecek riskli durumlar ve yaralanmaya da can kaybı gibi tehlikeli sonuçlara karşı Faraday kalkanı önemli bir koruyucu oluşturur. Kişi çalışma sırasında elektrik alanından kendini muhafaza edebilmek için ya da başka bir nesneyi bu şekilde korumak için kalkanın içine yerleşir. İçi boş bir iletken davranışı sergileyerek koruma oluşturur.
Faraday kalkanı, 19. yüzyılda Michael Faraday tarafından geliştirilmiş bir sistemdir. Faraday bir kimyager olsa da elektrik ile kimya bağları arasındaki ilişkiyi ortaya koyabilmek açısından manyetizmanın ışığa etkisini kanıtlayabilmek için metal folyo ile bir alanı kaplayarak bir jeneratör üzerinden yüksek voltaj deşarj etmiştir. Odanın dışına çarpan bu voltaj ile iç kısımdaki alanın nötr bir etki oluşturduğunu bularak, bilimsel teorisini kanıtlamıştır.
Faraday Kafesi Ne İşe Yarar?
Çalışma prensibi elektromanyetik kalkan oluşturma anlamına gelen Faraday kafesi dış ortamdan kafese bir elektrik alanı uygulandığı takdirde pozitif yükler sabit duruma gelir. Bu sayede serbest durumdaki elektronlar bir elektrostatik indüksiyon vasıtasıyla iletken malzemeler yönünde tekrar dağılıma gösterir. Yani kafes elektriksel kuvvet ile karşılaştığında tamamen zıttında ve eşit bir yeni kuvvet ortaya koyar.
Bilindiği üzere elektrik enerjisinde elektronlar negatif bir yük ortaya koyarken, iletkenin tüm elektrik yükü sıfır olsa dahi kafesin taraflarından birinde çok yüksek düzeyde negatif yük toplanır ve karşı taraf pozitif hale gelir. Elektronlar oluşturdukları bu hareket sayesinde kafesin iç tarafında dış tarafa tamamen zıt bir şekilde elektrik alanı oluştururlar. Bu durumda yüklerin yeniden dağıtımı ile birlikte Faraday kafesi iç bölgesinde voltaj düşer. Kafesin içindeki voltajı azaltabilme yeteneği yüksek oranda manyetik özellik ve iletken malzeme çapına bağlı olarak ortaya çıkar.
Basit elektrostatik kurallara sahip olan bu icat, dışarıdaki elektrik akım yükünün karşısında iç kısmında akıma karşı koruyan bir yapı ile çalışır. Bakır tel sayesinde simetrik bir ağ geliştirilirken, koruma alanı çok iyi bir şekilde kapatılır ve bakır ağın herhangi bir noktasında kopukluk bulunmamalıdır. Çünkü bu sayede simetrik özelliği ile birlikte toprağa bağlanan ağ, dışarıdan ya da içeriden gelen elektriği topraklama sayesinde uzaklaştırır. Hatta ağ sisteminin sıklığı arttığı zaman koruma düzeyi de artarken, günümüzde özel koruma için birçok alanda kullanılmaktadır.
Faraday Kafesi Nasıl Yapılır?
Ev ortamında ya da bir endüstriyel tesiste aynı prensip ile birlikte Faraday kafesi kurmak gayet mümkündür. Bu sistem için temel olarak bakır veya alüminyum gibi iletken metal levhalar kullanılır.
Doğru ve pratik bir şekilde Faraday kafesi uygulaması gerçekleştirmek için aşağıdaki sıralama takip edilebilir.
- Öncelikle bakır ya da alüminyum gibi elektriği iyi ileten bir metal plaka veya levha tercih edilir. Metal iletkenler dış elektromanyetik alanda iyi bir yansıma sağlayabilir.
- Uygulama bir binayı korumak veya bir cismi ya da bir insanı korumak için yapılabilir.
- Örnek olarak bir cihazın korunması için cihazın tüm noktalarının kesiksiz yani hiç boşluk kalmadan iletken ile sarılması gerekir.
- İletken tel kullanımında ise çok sıkı bir kafes örülmesi çevreden ulaşan elektromanyetik alana karşı çok yüksek derecede geçirmezlik oluşturabilir.
- Alanın ne kadar korunmak istediğine göre de kafes veya ağın sık ve güçlü olması gerekir.
- Tüm bu işlem yapıldığında oluşturduğunuz iletken ve birleşim için kullandığımız iletken olmayan malzemelerin sağladığı kaplama cihazınızda elektromanyetik radyasyona karşı bir güvenlik katmanı oluşturacaktır.
Faraday Kafesi Günlük Hayatta Kullanımı
Günlük hayatta değişen birçok noktada Faraday kafesi veya aynı mantığa sahip teknolojiler bir arada kullanılmaktadır. Örnek olarak günlük hayatta en fazla ihtiyaç duyduğumuz mekanizmalar olan arabalar ya da ulaşım sağlayan uçaklar metal bir gövde ile dıştan kaplama oluşturarak hazırlanırlar. Çünkü bu sayede dış ortamdan gelebilecek elektromanyetik dalgalara karşı içlerindeki tüm elektronik ve canlı ayrıntılar güvenli bir şekilde kullanımı sürdürür.
Günlük hayatta farklı örneklere bakıldığında Faraday kalkanı örneğin binalarda yıldırım sistemi için kullanılır. Yıldırımdan dolayı oluşabilecek etkileri bir paratoner tarzında ortadan kaldırabilirken, oluşan manyetik alanı absorbe ederek toprağa ulaştırır. Ayrıca sadece normal binalarda değil hapishanelerde, güvenlik tesislerinde veya kamu kurumları gibi noktalarda ve telsiz iletişimi gerçekleştirilen yapılarda dış dünyaya karşı koruma elde edilir.
İletişim sinyal hatları bu teknoloji ile muhafaza edilirken, örneğin hastanelerdeki MR cihazlarının yer aldığı odalarda bir nevi Faraday kafesi inşa edilir. Çünkü bu tip alanlarda dış ortamdan oluşabilecek sinyallerin ölçüm işlemlerine etki oluşturmaması için güvenlik sağlanır. Birçok farklı giyside de yer alırken örneğin yüksek gerilim hattı personellerinin korunaklı üniformaları için aynı mantıktan bahsedilebilir.
Evlerde veya işletmelerde, endüstriyel tesisler veya kurumlarda kullanılan birçok elektronik takım bulundukları ortamda karşılaşabilecekleri tüm elektromanyetik radyasyona karşı bir nevi Faraday kafesi işlevi gören ayrıntılar ile korunmaktadır. Örneğin televizyonlarda koaksiyel kablolar bu işlevi gösterirken, önemli bir koruma aracı oluştururlar. Faraday çantası olarak bilinen ekipmanlar da tıpkı bir Faraday kafesi gibi geliştirilmiştir ve hem elektromanyetik dalgaları hem de radyo frekanslarını önleyebilirken, özellikle bugün içlerinde notebook ya da akıllı telefon gibi önemli cihazları taşıyarak günlük hayatımızı sürdürebiliriz.
Sıkça Sorulan Sorular
Faraday kafesi ile manyetik alandan korunulur mu?
Kafes, içinde muhafaza edilen nesne veya cihazları statik ya da statik olmasın tüm elektron manyetik alanlardan muhafaza eder.
Faraday kalkanı yıldırımdan korur mu?
Bilinen en önemli örneklerinden birisi yıldırım koruma sistemleridir.
Faraday günlük hayatta nerelerde yer alır?
Sosyal yapılarda, telsiz kullanılan kurumlarda, yanıcı madde depolarında veya evlerde kullanılır.
