Sangkar Faraday

Sangkar Faraday atau perisai Faraday adalah ruang bertutup yang dibentuk daripada bahan pengalir, ataupun daripada jaringan bahan sedemikian. Ruang bertutup ini menyekat medan elektrik statik luaran. Sangkar Faraday dinamakan sempena ahli fizik Michael Faraday, yang membinanya pada tahun 1836.

Laluan masuk ke bilik Faraday.

Medan elektrik statik luaran boleh menyebabkan cas elektrik di dalam bahan pengalir untuk beredar sesama sendiri untuk membatalkan kesan medan di dalam ruangan sangkar. Kesan ini digunakan, misalnya, untuk melindungi peralatan elektronik daripada sambaran kilat atau nyahcas elektrik yang lain.

Pada darjah yang lebih besar, sangkar Faraday juga melindungi bahagian dalaman daripada radiasi elektromagnetik luaran jika bahan pengalir cukup tebal dan lubang yang terdapat juga lebih kecil daripada panjang gelombang radiasi. Contohnya, sesetengah prosedur ujian forensik komputer atau sistem yang memerlukan persekitaran bebas gangguan elektromagnetik akan dijalankan di dalam bilik layar. Bilik layar ini merupakan makmal atau ruang kerja yang ditutup sepenuhnya oleh satu atau lebih lapisan jaringan logam halus. Lapisan-lapisan ini disambungkan ke bumi bagi menyingkirkan arus elektrik yang dijana oleh medan elektromagnetik luaran, maka ia menghalang sebahagian besar gangguan elektromagnet. Penggunaan sangkar Faraday diterangkan di bawah topik perlindungan elektromagnetik.

Sejarah

Pada tahun 1836 Michael Faraday mendapati bahawa cas elektrik pada pengalir bercas bertempat hanya di bahagian luarannya dan tidak mempengaruhi apa-apa kandungan yang ditutup di dalamnya. Untuk menunjukkan demonstrasi fakta ini, beliau membina sebuah bilik bersalut logam serta membenarkan nyahcas voltan tinggi dari penjana elektrik statik untuk menyambar bahagian luaran bilik itu. Beliau menggunakan elektroskop untuk menunjukkan bahawa tidak terdapat sebarang cas elektrik pada bahagian dalam dinding bilik itu.

Kesan yang sama juga ditemui lebih awal oleh Francesco Beccaria (1716–1781) dari Universiti Turin, anak murid Benjamin Franklin, yang menyatakan bahawa "semua tenaga elektrik pergi atas ke permukaan bebas badan tanpa mengganggu bahan di dalamnya." Lama kemudian, ahli fizik Belgium, Louis Melsens (1814–1886) menggunakan prinsip tersebut kepada pengalir kilat. Seorang lagi pengkaji konsep ini ialah Gauss (Permukaan Gauss).

Bagaimana sangkar Faraday berfungsi

Medan elektrik luaran menyebabkan cas elektrik tersusun semula dan membatalkan medan di dalamnya.

Sebuah sangkar Faraday paling baik difahami sebagai anggaran kepada pengalir berongga unggul. Medan elektrik luaran yang dikenakan menghasilkan cas pada pembawa cas (biasanya elektron) di dalam pengalir lalu menghasilkan arus elektrik yang menyusun semula cas. Arus berhenti mengalir sebaik sahaja cas sudah tersusun bagi membatalkan medan yang dikenakan di dalam,.

Jika cas dikenakan di dalam sangkar Faraday bawah tanah, bahagian muka dalaman sangkar akan bercas (dengan sifat yang sama seperti cas luaran) bagi mengelakkan wujudnya medan di dalam badan sangkar. Walau bagaimanapun, pengecasan muka dalaman akan mengagihkan semula cas di dalam sangkar. Ini akan mengecas muka luaran sangkar dengan cas yang sama dari segi penandaan dan magnitudnya dengan yang terdapat di dalam sangkar. Memandangkan cas dalaman dan muka dalaman saling membatal antara satu sama lain, penyebaran cas ke muka luaran tidak dipengaruhi kedudukan cas dalaman di dalam sangkar. Oleh itu sangkar akan menjana medan elektrik yang sama dengan medan yang dijana sekiranya ia dicas oleh cas di dalamnya.

Lihat juga

• Michael Faraday

Pautan luar

• Faraday Cage Protects from 100,000 V :: Physikshow Uni Bonn - video demonstrasi daripada Universiti Bonn, Jerman.
• Nota syarahan mengenai sangkar Faraday daripada Universiti Negeri Michigan
• Pepro LLC Faraday Cage used in communications shelters