Elektriğe Giriş

Faraday Kafesi

faraday kafesi

Faraday kafesi, elektriksel bir iletken tarafından kaplanan ya da bir iletken ile tel örgü misali örülmüş ve içteki hacmi dışarıdaki elektrik alanlardan, dışardaki hacmi ise içerdeki elektrik alanlardan koruyan bir sistemdir. 1836 yılında Michael Faraday (İngiliz fizikçi) keşfettiği için ismi Faraday Kafesi olarak anılmaktadır.

faraday kafesine bir örnek
Şekil-1 : Faraday kafesine bir örnek

Faraday kafesleri kesintisiz ve korunacak nesneyi, yapıyı tamamen saracak şekilde tesis edilmelidir. Faraday kafesinin en iyi performans için aynı zamanda topraklanması da gerekir. Faraday kafesi eğer tel örgü misali bir iletkenle örülmüşse ağ gözleri ne kadar dar olursa o kadar iyi koruma sağlanır. Dar ağ gözleri yüksek frekansta elektromanyetik dalgalara karşı daha iyi bir koruyucu görevi üstlenir. Dar ağ gözlerinin ne büyüklükte olacağına karar verilmek istenirse engellenmek istenen elektromanyetik radyasyonun dalga boyu öğrenilir. Ağ gözleri bu dalga boyundan daha küçük olacak şekilde dizayn edilir ki radyasyon ağ yapısındaki boşluklardan geçemesin. Misalen kablosuz internet ağı sinyallerini (Wi-fi) önlemek istiyorsanız , kullanacağınız ağın yapsındaki gözenek genişliğinin en fazla 6.25 mm olması gerekmektedir. Böylece günlük hayatımızın bir parçası haline gelmiş telefon televizyon laptop ve benzeri çeşitli elektronik cihazların yaydığı elektromanyetik alanlara karşı kafesin içindeki dışardan dışardakini de içindekinin yaydığı elektromanyetik alanlardan koruyan bir sistem elde edilmiş olur.

Çalışma Prensibi

İletken malzemelerin atomları en dış yörüngelerinde değerlik elektronlar barındırır ve bu elektronlar kolaylıkla hareket edebilme kabiliyetine sahiptir. Bu özellik malzemelere iletkenlik kazandırır.  Herhangi bir elektrik alana dışarıdan maruz kalınmadığı müddetçe faraday kafesini oluşturan iletken malzemeler içindeki yükler dengeli bir şekilde dağılmış durumdadır. Ne zaman ki dışardan bir elektrik alana maruz kalınır ya da kafes elektrik alanı içerisinde yerleştirilirse kafesi oluşturan iletken malzeme içindeki değerlik elektronlar elektrik alan sıfırlanıncaya kadar hareket etmeye başlar, yani bir anlamda “yeniden dağılıma” uğrarlar.

faraday kafesinin çalışma prensibi
Şekil-2 : Faraday Kafesinin çalışma prensibi
mikrodalga fırın kapağındaki kafes

Elektrik alanın sıfırlanmasıyla beraber, bu elektron hareketi de sona erer. Faraday kafesi bu ilke uyarınca çalışır ve içindeki nesneleri dış elektrik alanlara karşı korumakla birlikte içerdeki elektrik alandan ise dışarıyı korur. Örneğin; asansörde iken telefonunuzun çekmemesinin sebebi asansörü oluşturan metal parçaların bir faraday kafesi özelliği göstermesidir. Ya da soğumuş bir yiyeceği mikrodalga fırınınızda ısıtmak istediğinizde fırın kapağını daha dikkatli incelerseniz, metal bir ağ yapısının olduğunu gözlemleyebilirsiniz. Bu yapı sayesinde fırının dış yapısı bir faraday kafesi gibi davranır ve yiyecekleri ısıtırken uygulanan mikrodalgalar fırının içinde kalır. Dışarıdaki canlı varlıklar böylece mikrodalganın olumsuz etkilerinden korunmuş olur.

 Faraday kafesi nerelerde kullanılır

Faraday kafesinin en çok kullanıldığı alanlardan bir tanesi ses ve görüntü iletiminde yararlanılan kablolardır. Misal televizyonunuzun anten kablosunu ele alalım,  görüntü taşıyan bu kabloların elektrik ve manyetik alanlardan olumsuz bir şekilde etkilenmesinin engellenmesi için bu kablolar örgü biçiminde iletken teller ile sarmalanmıştır. Bu şekilde kablosuz ağlardan tutun radyo dalgalarına hatta cep telefonu sinyallerinde kullanılan mikrodalgalara kadar elektromanyetik radyasyonların parazit oluşturmasının önüne geçilmiş olur. 

kablolarda faraday kafesi
Şekil-3 : Kablolarda Faraday kafesi

Günlük hayatta kullandığımız ulaşım araçları da: arabanızdan bindiğiniz uçaklara kadar birer faraday kafesi örneğidir. Uçaklar çok sık yıldırım düşmesi yaşamaktadır, ancak içindeki yolcular bunun farkına bile varmazlar çünkü uçağın iletken gövdesi içindeki yolcuları bir faraday kafesi işlevi görerek korumaktadır.

Yıldırım etkilerinden ve yaratacağı girişimlerden binaları ve içindeki elektronik ekipmanları korumak için binalar (datacenter, laboratuvar vb.) faraday kafesi ile kaplanmaktadır. Yanıcı parlayıcı maddelerin depolandığı binalar da yıldırım yakalama uçları ve iletkenlerden oluşan bir nevi kafesle kaplanır ki aynı şekilde koruma sağlanabilsin.

Güvenklik amacıyla telsizle haberleşme yapılan binaların bina içindeki telsiz haberleşme sinyallerinin dışarıdaki herhangi bir tehdit tarafından ele geçirilmesini önlemek için dışına Faraday kafesi kurulur.

faraday kafesinden  araba anahtarı koruması
Şekil-4 : Faraday kafesinden araba anahtarı koruması

Radyo veya tv tuneri, GSM alıcı verici devreleri ve bunun gibi radyo frekans amaçlı modüller ya da elektronik devre kısımları, sac bir kapakla kapatılıp topraklanarak elektronik karta ve çalışmakta bulunduğu ortama bozucu sinyaller yaymasının önüne geçilir. EMC (Elektromanyetik Uyumluluk) yönetmeliğine göre bu tarz tedbirler almak zorunludur. Elektrikli aygıtların hem radyo sinyali olarak hem de iletken hatlar üzerinden parazitler yaymasına izin verilmez.

Bunların dışında son zamanlarda bazı araba hırsızları özel elektronik tarayıcı cihazlarla binaları tarayıp araba anahtarlarının yaydığı sinyalleri yakalamaya uğraşmaktadır. Hırsızlar bu sinyalleri yakalayabilirlerse anahtarın sinyallerini taklit ederek, arabaları kolaylıkla çalabilmektedir. Bu gibi durumları engellemek adına sinyallerin anahtara ulaşmasını önleyen faraday kafesi şeklinde anahtar kılıfları üretilmiştir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.