फैराडे केज
फैराडे ढाँचा या फैराडे ढाल विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों को अवरुद्ध करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला एक घेरा है। फैराडे ढाल विद्युत चालक के निरंतर आवरण द्वारा या फैराडे ढाँचा के मामले में ऐसी सामग्री के जाल द्वारा बनाई जा सकती है। फैराडे ढांचों का नाम वैज्ञानिक माइकल फैराडे के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 1836 में उनका आविष्कार किया था।[1]
फैराडे ढाँचा संचालित होता है क्योंकि एक बाहरी विद्युत क्षेत्र पिंजरे के संचालन सामग्री के भीतर विद्युत आवेशों को वितरित करने का कारण बनता है ताकि वे पिंजरे के आंतरिक भाग में क्षेत्र के प्रभाव को रद्द कर दें। इस घटना का उपयोग संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरण (उदाहरण के लिए आरएफ मॉड्यूल) को बाहरी रेडियो आवृत्ति हस्तक्षेप (आरएफआई) से बचाने के लिए प्रायः उपकरण के परीक्षण या संरेखण के दौरान किया जाता है। उनका उपयोग लोगों और उपकरणों को वास्तविक स्थिरविद्युत निर्वाह जैसे कि बिजली गिरने और बिजली का आवेश से बचाने के लिए भी किया जाता है, क्योंकि संलग्न पिंजरा संलग्न स्थान के बाहर चारों ओर करंट का संचालन करता है और कोई भी आंतरिक से नहीं गुजरता है।
फैराडे ढाँचा स्थिर या धीरे-धीरे बदलते चुंबकीय क्षेत्र को अवरुद्ध नहीं कर सकते हैं, जैसे कि पृथ्वी का चुंबकीय क्षेत्र (एकदिशा सूचक यंत्र अभी भी अंदर काम करेगा)। बड़े स्तर पर, हालांकि, वे बाहरी [विद्युतचुंबकीय व्यवधान विकिरण] से इंटीरियर को ढाल देते हैं यदि चालक पर्याप्त मोटा होता है और कोई भी छेद विकिरण के तरंग दैर्ध्य से काफी छोटा होता है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली की कुछ कंप्यूटर फोरेंसिक्स परीक्षण प्रक्रियाएं जिन्हें विद्युत चुम्बकीय (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक) हस्तक्षेप से मुक्त वातावरण की आवश्यकता होती है, एक स्क्रीन वाले कमरे में की जा सकती हैं। ये कमरे ऐसे स्थान हैं जो पूरी तरह से महीन धातु की जाली या छिद्रित शीट धातु की एक या एक से अधिक परतों से घिरे होते हैं। धातु की परतें बाहरी या आंतरिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों से उत्पन्न किसी भी विद्युत धारा को नष्ट करने के लिए जमी हुई हैं, और इस प्रकार वे बड़ी मात्रा में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को रोकती हैं। विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण भी देखें। वे इनकमिंग की तुलना में आउटगोइंग ट्रांसमिशन का कम क्षीणन प्रदान करते हैं: वे प्राकृतिक घटनाओं से विद्युत चुम्बकीय नाड़ी (ईएमपी) तरंगों को बहुत प्रभावी ढंग से ब्लॉक कर सकते हैं, लेकिन एक ट्रैकिंग उपकरण, विशेष रूप से ऊपरी आवृत्तियों में, पिंजरे के भीतर से प्रवेश करने में सक्षम हो सकता है (उदाहरण के लिए, कुछ सेल फोन) विभिन्न रेडियो फ्रीक्वेंसी पर काम करते हैं, इसलिए हो सकता है कि एक फ्रीक्वेंसी काम न करे, दूसरी काम करेगी)।
फैराडे पिंजरे के भीतर एक एंटीना (रेडियो) से रेडियो तरंगों का स्वागत या संचरण, विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप, पिंजरे द्वारा भारी रूप से क्षीण या अवरुद्ध होता है; हालांकि, फैराडे पिंजरे में तरंग रूप, आवृत्ति, या रिसीवर/ट्रांसमीटर, और रिसीवर/ट्रांसमीटर शक्ति से दूरी के आधार पर भिन्न क्षीणन होता है। नियर-फ़ील्ड, रेडियो-फ़्रीक्वेंसी_आइडेंटिफ़िकेशन#फ़्रीक्वेंसी जैसे हाई-पावर्ड फ़्रीक्वेंसी ट्रांसमिशन के घुसने की संभावना ज़्यादा होती है. जाली पिंजरों की तुलना में ठोस पिंजरे सामान्यतः आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला पर खेतों को क्षीण करते हैं।
इतिहास
1836 में, माइकल फैराडे ने देखा कि आवेशित चालक पर अतिरिक्त चार्ज केवल उसके बाहरी हिस्से पर रहता है और इसके भीतर संलग्न किसी भी चीज पर इसका कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। इस तथ्य को प्रदर्शित करने के लिए, उन्होंने धातु की पन्नी के साथ लेपित एक कमरे का निर्माण किया और विद्युत्स्थैतिक (इलेक्ट्रोस्टैटिक) जनरेटर से उच्च-वोल्टेज डिस्चार्ज को कमरे के बाहर प्रहार करने की अनुमति दी। उन्होंने यह दिखाने के लिए एकविद्युतदर्शी का इस्तेमाल किया कि कमरे की दीवारों के अंदर कोई विद्युत आवेश मौजूद नहीं है।
यद्यपि इस पिंजरे के प्रभाव को फैराडे के आइस पेल प्रयोग के लिए जिम्मेदार ठहराया गया है। 1843 में किए गए माइकल फैराडे के प्रसिद्ध आइस पेल प्रयोग, यह 1755 में बेंजामिन फ्रैंकलिन थे जिन्होंने विद्युत रूप से एक उद्घाटन के माध्यम से एक रेशम के धागे पर निलंबित एक अपरिवर्तित कॉर्क बॉल को कम करके आवेशित धातु का डिब्बा में प्रभाव देखा। उनके शब्दों में, कॉर्क कैन के अंदर की ओर आकर्षित नहीं था जैसा कि यह बाहर की ओर होता, और यद्यपि यह नीचे को छूता था, फिर भी जब इसे बाहर निकाला जाता था तो यह उस स्पर्श से विद्युतीकृत (आवेशित) नहीं पाया जाता था, जैसा कि यह बाहर छूने से होता। तथ्य एकवचन है। फ्रैंकलिन ने व्यवहार की खोज की थी जिसे अब हम फैराडे पिंजरे या ढाल के रूप में संदर्भित करते हैं (फैराडे के बाद के प्रयोगों के आधार पर जो फ्रैंकलिन के कॉर्क और कैन की नकल करते थे)।[2]इसके अतिरिक्त, 1754 में अब्बे नोलेट ने अपने लेकन्स डी फिजिक एक्सपेरिमेंटेल में पिंजरे के प्रभाव के कारण होने वाले प्रभाव का एक प्रारंभिक विवरण प्रकाशित किया।[3]
संचालन
निरंतर
एक सतत फैराडे शील्ड एक खोखला चालक है। बाहरी या आंतरिक रूप से लागू विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र चालक के भीतर आवेश वाहकों (सामान्यतः इलेक्ट्रॉनों) पर बल उत्पन्न करते हैं;इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण के कारण आरोपों को तदनुसार पुनर्वितरित किया जाता है। पुनर्वितरित शुल्क सतह के भीतर वोल्टेज को काफी हद तक कम कर देता है, जो धारिता पर निर्भर करता है; हालाँकि, पूर्ण रद्दीकरण नहीं होता है।[4]
आंतरिक शुल्क
यदि दीवारों को स्पर्श किये बिना भूसंपर्कित फैराडे शील्ड के अंदर चार्ज (आवेश) रखा जाता है (आइए इस चार्ज मात्रा को +Q के रूप में निरूपित करें), तो शील्ड का आंतरिक चेहरा -क्यू से चार्ज हो जाता है, जिससे चार्ज पर उत्पन्न होने वाली फील्ड लाइन और अंदर चार्ज तक फैल जाती है। धातु की भीतरी सतह। इस आंतरिक स्थान में फ़ील्ड लाइन पथ (ऋणात्मक आवेशों के अंत बिंदु तक) आंतरिक नियंत्रण दीवारों के आकार पर निर्भर हैं। इसके साथ ही +Q शील्ड के बाहरी फलक पर जमा हो जाता है। बाहरी फलक पर आवेशों का प्रसार, बाड़े के अंदर आंतरिक आवेश की स्थिति से प्रभावित नहीं होता है, बल्कि बाहरी फलक के आकार द्वारा निर्धारित होता है। तो सभी संकल्प और उद्देश्यों के लिए, फैराडे शील्ड बाहर की तरफ वही स्थिर विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है जो धातु को केवल + क्यू के साथ चार्ज करने पर उत्पन्न होता है। फैराडे का आइस पेल प्रयोग देखें, उदाहरण के लिए, विद्युत क्षेत्र रेखाओं के बारे में अधिक जानकारी के लिए और अंदर से बाहर की डिकूप्लिंग। ध्यान दें कि विद्युत चुम्बकीय तरंगें स्थिर आवेश नहीं हैं।
यदि पिंजरा ग्राउंड (बिजली) है, तो अतिरिक्त चार्ज बेअसर हो जाएंगे क्योंकि भूसंपर्कित संबंधन पिंजरे के बाहर और पर्यावरण के बीच एक लैस बॉन्डिंग (बिजली) बनाता है, इसलिए उनके बीच कोई वोल्टेज नहीं होता है और इसलिए कोई फील्ड भी नहीं होता है। आंतरिक फलक और आंतरिक आवेश समान रहेंगे इसलिए क्षेत्र को अंदर रखा जाता है।
बाहरी क्षेत्र
- Mn–Zn – magnetically soft ferrite
- Al – metallic aluminum
- Cu – metallic copper
- steel 410 – magnetic stainless steel
- Fe–Si – grain-oriented electrical steel
- Fe–Ni – high-permeability permalloy (80%Ni–20%Fe)
एक स्थिर विद्युत क्षेत्र के परिरक्षण की प्रभावशीलता काफी हद तक प्रवाहकीय सामग्री की ज्यामिति से स्वतंत्र होती है; हालाँकि, स्थिर चुंबकीय क्षेत्र ढाल को पूरी तरह से भेद सकते हैं।
अलग-अलग विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के मामले में, जितनी तेज़ी से भिन्नताएँ होती हैं (यानी, उच्च आवृत्तियाँ), उतनी ही बेहतर सामग्री चुंबकीय क्षेत्र के प्रवेश का प्रतिरोध करती है। इस मामले में परिरक्षण विद्युत चालकता, पिंजरों में प्रयुक्त प्रवाहकीय सामग्रियों के चुंबकीय गुणों, साथ ही साथ उनकी मोटाई पर भी निर्भर करता है।
फैराडे शील्ड की प्रभावशीलता का एक अच्छा विचार त्वचा की गहराई के विचार से प्राप्त किया जा सकता है। त्वचा की गहराई के साथ, प्रवाह ज्यादातर सतह में होता है, और सामग्री के माध्यम से गहराई के साथ तेजी से घटता है। क्योंकि एक फैराडे शील्ड की परिमित मोटाई होती है, यह निर्धारित करता है कि शील्ड कितनी अच्छी तरह काम करती है; एक मोटी ढाल विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र को बेहतर ढंग से और कम आवृत्ति पर क्षीण कर सकती है।
फैराडे पिंजरा
फैराडे पिंजरे फैराडे ढाल हैं जिनमें छेद होते हैं और इसलिए विश्लेषण करने के लिए अधिक जटिल होते हैं। जबकि निरंतर ढाल अनिवार्य रूप से उन सभी तरंग दैर्ध्य को क्षीण कर देती है जिनकी पतवार सामग्री में त्वचा की गहराई पतवार की मोटाई से कम होती है, एक पिंजरे में छेद छोटे तरंग दैर्ध्य को पारित करने की अनुमति दे सकता है या "इवेसेंट फील्ड" स्थापित कर सकता है (दोलनशील क्षेत्र जो प्रचार नहीं करते हैं) EM तरंगें) सतह से ठीक परे। तरंगदैर्घ्य जितना कम होगा, यह दिए गए आकार के जाल से उतना ही बेहतर तरीके से गुजरेगा। इस प्रकार, कम तरंग दैर्ध्य (यानी, उच्च आवृत्तियों) पर अच्छी तरह से काम करने के लिए, पिंजरे में छेद आपतित तरंग के तरंग दैर्ध्य से छोटा होना चाहिए।
फैराडे पिंजरे फैराडे ढाल हैं जिनमें छेद होते हैं और इसलिए विश्लेषण करने के लिए अधिक जटिल होते हैं। जबकि निरंतर ढाल अनिवार्य रूप से उन सभी तरंग दैर्ध्य को क्षीण कर देती हैं जिनकी पतवार सामग्री में त्वचा की गहराई पतवार की मोटाई से कम होती है, एक पिंजरे में छेद छोटे तरंग दैर्ध्य को पारित करने की अनुमति दे सकता है या अपस्फीति क्षेत्र (दोलनशील क्षेत्र जो विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में प्रचार नहीं करता है) को स्थापित कर सकता है।) सतह से ठीक परे। तरंगदैर्घ्य जितना कम होगा, यह दिए गए आकार के जाल से उतना ही बेहतर तरीके से गुजरेगा। इस प्रकार, कम तरंग दैर्ध्य (यानी, उच्च आवृत्तियों) पर अच्छी तरह से काम करने के लिए, पिंजरे में छेद आपतित तरंग के तरंग दैर्ध्य से छोटा होना चाहिए।
उदाहरण
- संवेदनशील माप करते समय ध्वनि को कम करने के लिए विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में फैराडे पिंजरों का नियमित रूप से उपयोग किया जाता है।
- फैराडे पिंजरों, विशेष रूप से दोहरे जोड़े वाले सीम फैराडे बैग, प्रायः डिजिटल फोरेंसिक में उपयोग किए जाते हैं ताकि दूरस्थ पोंछे और आपराधिक डिजिटल साक्ष्य के परिवर्तन को रोका जा सके।
- यू.एस.और नाटो टेम्पेस्ट (कोडनेम) मानकों और अन्य देशों में इसी तरह के मानकों में कंप्यूटर के लिए उत्सर्जन सुरक्षा प्रदान करने के व्यापक प्रयास के हिस्से के रूप में फैराडे पिंजरों को सम्मलित किया गया है।
- ऑटोमोबाइल और हवाई जहाज के यात्री डिब्बे अनिवार्य रूप से फैराडे पिंजरे हैं, जो यात्रियों को विधुत आवेश से बचाते हैं
- ऑटोमोबाइल और विमान में इलेक्ट्रॉनिक घटक संकेतों को हस्तक्षेप से बचाने के लिए फैराडे पिंजरों का उपयोग करते हैं। संवेदनशील घटकों में वायरलेस दरवाज़े के ताले, नेविगेशन/जीपीएस प्रणाली और लेन प्रस्थान चेतावनी प्रणाली सम्मलित हो सकते हैं। फैराडे केज और शील्ड वाहन इंफोटेनमेंट प्रणाली (जैसे रेडियो, वाई-फाई और जीपीएस डिस्प्ले यूनिट) के लिए भी महत्वपूर्ण हैं, जिन्हें आपातकालीन स्थितियों में महत्वपूर्ण सर्किट के रूप में कार्य करने की क्षमता के साथ डिजाइन किया जा सकता है।[5][6]
- बूस्टर बैग (एल्यूमीनियम पन्नी के साथ शॉपिंग बैग) फैराडे पिंजरे के रूप में कार्य करता है। इसका उपयोग प्रायः दुकानदारों द्वारा रेडियो-आवृत्ति पहचान-टैग की गई वस्तुओं को चुराने के लिए किया जाता है।[7]
- आरएफआईडी स्किमिंग का विरोध करने के लिए इसी तरह के कंटेनरों का उपयोग किया जाता है।
- लिफ़्ट और धातु के संचालन वाले फ्रेम और दीवारों वाले अन्य कमरे एक फैराडे पिंजरे के प्रभाव का अनुकरण करते हैं, जिससे मोबाइल फ़ोन, रेडियो और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के उपयोगकर्ताओं के लिए सिग्नल और डेड जोन का नुकसान होता है, जिसके लिए बाहरी विद्युत चुम्बकीय संकेतों की आवश्यकता होती है। प्रशिक्षण के दौरान, अग्निशामकों, और अन्य प्रथम उत्तरदाताओं को सचेत किया जाता है कि उनके दो-तरफ़ा रेडियो संभवतः लिफ्ट के अंदर काम नहीं करेंगे और इसके लिए अनुमति देते हैं। छोटे, भौतिक फैराडे पिंजरों का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरों द्वारा उपकरण परीक्षण के दौरान ऐसे वातावरण का अनुकरण करने के लिए किया जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि उपकरण इन स्थितियों को अच्छी तरह से संभालता है।
- उचित रूप से प्रारुप किए गए प्रवाहकीय कपड़े भी एक सुरक्षात्मक फैराडे पिंजरे का निर्माण कर सकते हैं। कुछ विद्युत लाइनमैन (तकनीशियन) फैराडे सूट पहनते हैं, जो उन्हें बिजली के जोखिम के बिना लाइव, उच्च-वोल्टेज बिजली लाइनों पर काम करने की अनुमति देते हैं। सूट विद्युत प्रवाह को शरीर के माध्यम से बहने से रोकता है, और इसकी कोई सैद्धांतिक वोल्टेज सीमा नहीं है। लाइनमैनों ने उच्चतम वोल्टेज (एकिबस्तुज-कोक्शेतौ हाई-वोल्टेज लाइन|कजाकिस्तान की एकिबस्तुज-कोक्शेतौ लाइन 1150 केवी) लाइनों पर भी सफलतापूर्वक काम किया है।
- कैलिफोर्निया में एक भौतिक विज्ञानी ऑस्टिन रिचर्ड्स ने 1997 में एक धातु फैराडे सूट बनाया जो उन्हें टेस्ला कॉइल डिस्चार्ज से बचाता है। 1998 में, उन्होंने डॉक्टर मेगावोल्ट सूट में चरित्र का नाम दिया और पूरी दुनिया में और बर्निंग मैन में नौ अलग-अलग वर्षों में प्रदर्शन किया।
- चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) मशीन के स्कैन रूम को फैराडे पिंजरे के रूप में प्रारुप किया गया है। यह बाहरी आरएफ (रेडियो फ्रीक्वेंसी) संकेतों को रोगी से एकत्र किए गए डेटा में जोड़े जाने से रोकता है, जो परिणामी छवि को प्रभावित करेगा। टेक्नोलॉजिस्ट को छवियों पर बनाई गई विशिष्ट कलाकृतियों की पहचान करने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है, जैसे कि फैराडे पिंजरे को क्षतिग्रस्त किया जाना चाहिए, जैसे कि आंधी के दौरान।
- माइक्रोवेव ओवन एक आंशिक फैराडे केज (इसके इंटीरियर के छह पक्षों में से पांच पर) और एक फैराडे शील्ड का उपयोग करता है, जिसमें तार की जाली होती है, छठी तरफ (पारदर्शी खिड़की), ओवन के भीतर विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा को समाहित करने और सुरक्षा करने के लिए उपयोगकर्ता माइक्रोवेव विकिरण के संपर्क में आने से।
- धातु से संसेचित प्लास्टिक की थैलियों का उपयोग इलेक्ट्रॉनिक टोल संग्रह उपकरणों को संलग्न करने के लिए किया जाता है, जब उन उपकरणों पर टोल नहीं लगाया जाना चाहिए, जैसे कि पारगमन के दौरान या जब उपयोगकर्ता नकद भुगतान कर रहा हो।
- परिरक्षित केबल की ढाल, जैसे कि यूनिवर्सल सीरियल बस केबल या केबल टेलीविजन के लिए उपयोग की जाने वाली समाक्षीय केबल, आंतरिक चालकों को बाहरी विद्युत शोर से बचाती है और RF संकेतों को बाहर निकलने से रोकती है।
- कुछ संगीत वाद्ययंत्रों में इलेक्ट्रॉनिक घटक, जैसे कि विद्युत गिटार में, तांबे या एल्यूमीनियम पन्नी से बने फैराडे पिंजरों द्वारा संरक्षित होते हैं जो उपकरण के विद्युत चुम्बकीय पिकअप को स्पीकर, एम्पलीफायरों, स्टेज लाइट और अन्य संगीत उपकरणों के हस्तक्षेप से बचाते हैं।
- कुछ इमारतों, जैसे कि जेल, को फैराडे पिंजरे के रूप में बनाया गया है क्योंकि उनके पास कैदियों द्वारा इनकमिंग और आउटगोइंग दोनों सेलफ़ोन कॉल को ब्लॉक करने के कारण हैं।[8][9]
यह भी देखें
- ऐनाकोइक कक्ष
- विरोधी स्थैतिक बैग
- प्रवाहकीय कपड़ा
- पन्नी टोपी
- गॉस का नियम
- मोबाइल फोन जैमर
- म्यू-धातु
- मायलर कंबल
- टेस्ला कॉइल
- वान डी ग्राफ जनरेटर
संदर्भ
- ↑ "Michael Faraday". Encarta. Archived from the original on 8 May 2006. Retrieved 20 November 2008.
- ↑ Krauss, J. D. (1992) Electromagnetics, 4th ed., McGraw-Hill. ISBN 0-07-035621-1
- ↑ Mascart, Éleuthère Élie Nicolas (1876). Traité d'électricité statique. G. Masson. p. 95.
Faraday Cage Nollet.
- ↑ Chapman, S. Jonathan; Hewett, David P.; Trefethen, Lloyd N. (2015). "Mathematics of the Faraday Cage" (PDF). SIAM Review. 57 (3): 398–417. doi:10.1137/140984452.
- ↑ "Understanding EMI/RFI Shielding to Manage Interference". Ceptech. Retrieved 2020-04-23.
- ↑ "Reliability Becomes The Top Concern In Automotive". Passive Components Blog. 2019-02-12. Retrieved 2020-04-23.
- ↑ Hamill, Sean (22 December 2008). "As Economy Dips, Arrests for Shoplifting Soar". The New York Times. Retrieved 12 August 2009.
- ↑ Prose, Mark. "Imperfect System". AARP Magazine. No. April / May 2020. p. 6.
with a Faraday shield would render the phones' transmitting and receiving functions useless
- ↑ "REDACTED FOR PUBLIC INSPECTION: Contraband phone task force status report" (PDF). CTIA. April 26, 2019.
बाहरी कड़ियाँ
- Faraday Cage Protects from 100,000 V :: Physikshow Uni Bonn
- Notes from physics lecture on Faraday cages from Michigan State University
- Top Gear's Richard Hammond is protected from 600,000 V by a car (a Faraday Cage).
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