Faraday Kafesi Yapalım

Bazı asansörlerde cep telefonunuzun neden çekmediğini, uçağa çarpan bir yıldırımın uçağın içindeki insanlara niçin zarar vermediğini ya da arabanızla tünelden geçerken radyoda çalan müziğin neden kesildiğini düşündünüz mü? Peki, bu olayların bir mikrodalga fırın ile ortak noktası ne olabilir?

Deneyler köşesinin yeni etkinliğinde Faraday kafesinin çalışma prensibini ve günlük hayatımızda nerelerde kullanıldığını öğreniyoruz.

 

Bilmekte Fayda Var!

Faraday kafesi, iletken maddelerden yapılmış kapalı bir yapıdır. Yüzeyi metal plakalarla kaplanmış biçimde ya da metal örgü şeklinde olabilir. 19. yüzyılda yaşayan İngiliz fizikçi ve kimyacı Michael Faraday'ın buluşu olduğu için Faraday kafesi olarak adlandırılır.

Elektromanyetik dalgalar her yerdedir. Çevremizdeki nesneleri görmemizi sağlayan görünür ışık, yayınların radyomuza ulaşmasını sağlayan radyo dalgaları, mikrodalga fırınlarda yemeğimizi pişiren mikrodalga ışınlar... Ancak bazen elektromanyetik dalgalar cihazların çalışmasını etkileyebilir. Bir Faraday kafesi, bozucu etkisi olan bu elektromanyetik dalgaların kafesin dışında kalmasını sağlar.

 

Faraday Kafesi Nasıl Çalışır?

Metal atomlarının en dış elektron kabuğundaki değerlik elektronları serbest olarak hareket edebilir. Metaller bu sayede elektriği iletebilir.

Dışarıdan bir elektrik alan etki etmediği sürece, kafesi oluşturan iletken malzemenin yapısındaki artı ve eksi yükler malzemenin her yerine dengeli bir şekilde dağılır.

Faraday kafesine elektriksel olarak yüklü bir malzeme yaklaştırıldığında kafesteki artı ve eksi yükler birbirinden ayrılır. Örneğin yaklaştırılan malzeme artı yüklü ise Faraday kafesini oluşturan metalin yapısındaki elektronlar artı yüklü malzemenin olduğu tarafta toplanır. Kafesin diğer tarafında ise artı yük fazlalığı oluşur. Böylece kafesin iç kısmında dış elektrik alanla zıt yönde bir elektrik alan meydana gelir.

Bu durumda malzemenin içindeki ve dışındaki zıt yönlü iki elektrik alan birbirini nötrler. Böylece kafesin içindeki elektrik alan sıfırlanır. Yani Faraday kafesi, içindekileri dış elektrik alanın etkisinden korur.

Bir asansörün içinde telefon şebekesinin sinyal alamamasının nedeni, asansörün yapısındaki metal parçaların bir Faraday kafesi oluşturmasıdır. Uçaklar ve arabalar da metal bir iskelete sahip olduklarından Faraday kafesi özelliğine sahiptir. Faraday kafesleri günlük hayatımızda birçok alanda kullanılır. Örneğin mikrodalga fırın içinde üretilen mikrodalgaların dışarı çıkmaması için fırının iç kısmı metal bir örgüyle kaplanır. Bu metal örgünün bir kısmını fırının ön kapağına dikkatlice baktığınızda görebilirsiniz.

Hastanelerdeki manyetik rezonans (MR) görüntüleme cihazlarının içinde yer aldığı odalar, Faraday kafesi özelliği gösterir. Bu sayede MR görüntülemesinde kullanılan elektromanyetik dalgaların dış ortamdan gelen diğer elektromanyetik dalgalarla karışmasının önüne geçilir.

Nelere İhtiyacımız Var?

• 2 adet cep telefonu
• Alüminyum folyo

 

Ne Yapıyoruz?

. Telefonların şebeke hattından sinyal alıp almadığını test etmek için telefonlardan biriyle diğerini arayalım.

. Aradığımız telefonu alüminyum folyo ile sıkıca saralım.

. Telefonu tekrar arayalım.

 

 

Telefonla ikinci kez arama yapmaya çalıştığınızda herhangi bir ses duymamış ya da “Aradığınız kişiye şu anda ulaşılamıyor, lütfen daha sonra tekrar deneyin” cümlesini duymuş olmalısınız.

Telefonu alüminyum folyo ile sararak bir Faraday kafesi elde ettik. Kafesin içindeki telefonu aradığımızda baz istasyonundan telefona gelen sinyaller yani elektromanyetik dalgalar bir dış elektrik alan üretir. Bu durumda alüminyum folyo içindeki serbest elektronlar yani eksi yükler ile artı yükler dış elektrik alanı nötrleyecek şekilde malzeme içinde birbirinden ayrılır. Böylece folyonun iç kısmındaki elektrik alan sıfırlanır ve baz istasyonundan gelen elektromanyetik dalgalar folyonun içindeki telefona ulaşamaz.

Kaynaklar:

• https://science.howstuffworks.com/faraday-cage4.htm
• https://interestingengineering.com/how-does-a-faraday-cage-work
• https://sciencing.com/build-faraday-cage-6618709.html
• https://www.howitworksdaily.com/how-does-a-faraday-cage-work/