패러데이 케이지

Faraday cage
파리 팔레 드 라 데쿠베르테에서 자원봉사자를 대상으로 한 패러데이 케이지 시연
MRI 기계실 주위의 EMI 차폐
독일 하임바흐에 있는 발전소의 패러데이 실드
Faraday bag
패러데이 가방은 유연한 금속 원단으로 만들어진 패러데이 케이지의 일종입니다.일반적으로는 범죄 수사에서 복구된 무선 디바이스의 원격 삭제 또는 변경을 차단하기 위해 사용되지만 일반 대중은 데이터 도난으로부터 보호하거나 디지털 프라이버시를 강화하기 위해 사용할 수도 있습니다.

패러데이 케이지 또는 패러데이 실드는 전자기장을 차단하기 위해 사용되는 인클로저입니다.패러데이 케이지에는 도전성 재료를 연속적으로 피복하여 형성할 수 있으며 패러데이 케이지의 경우에는 이러한 재료의 메쉬로 형성할 수 있다.패러데이 우리 이름은 1836년에 [1]발명된 과학자 마이클 패러데이의 이름을 따서 붙여졌다.

패러데이 케이지가 사람을 전기로부터 보호하는 비디오

패러데이 케이지의 작동 이유는 외부 전기장에 의해 케이지의 전도체 내의 전하가 분산되어 케이지 내부에서 전기장의 영향을 상쇄하기 때문입니다.이 현상은 민감한 전자기기(RF 수신기 등)를 외부 Radio Frequency Interference(RFI; 무선 주파수 간섭)로부터 보호하기 위해 종종 장치의 테스트 또는 정렬 중에 사용됩니다.또한 밀폐된 공간 외부로 전류를 흘려보내고 내부로 아무도 통과하지 않기 때문에 낙뢰나 정전기 방전과 같은 실제 전류로부터 사람과 장비를 보호하는 데에도 사용됩니다.

패러데이 케이지에서는 지구의 자기장과 같이 안정적이거나 천천히 변화하는 자기장을 차단할 수 없습니다(나침반은 여전히 안에서 작동합니다).그러나 도체가 충분히 두껍고 구멍이 방사선의 파장보다 훨씬 작으면 내부가 외부 전자파로부터 보호됩니다.예를 들어 전자파 간섭이 없는 환경을 필요로 하는 전자 시스템의 특정 컴퓨터 포렌식 테스트 절차를 선별된 방 안에서 수행할 수 있다.이 방들은 미세한 금속 망사 또는 구멍이 뚫린 판금 중 하나 이상의 층으로 완전히 둘러싸인 공간입니다.금속층은 접지되어 외부 또는 내부 전자장에서 발생하는 전류를 방산하기 때문에 대량의 전자파 간섭을 차단합니다.전자파 차폐도 참조하십시오.수신보다 발신 전송의 감쇠가 적다. 자연 현상의 EMP파를 매우 효과적으로 차단할 수 있지만 추적 장치는 특히 고주파수에서는 케이지 내에서 침투할 수 있다(예: 일부 휴대 전화는 다양한 무선 주파수로 작동하므로 한 주파수는 작동하지 않을 수 있지만 다른 주파수는 작동하지 않을 수 있다).(의지.

패러데이 케이지 내의 안테나에 대한 전자파의 수신 또는 송신은 케이지에 의해 크게 감쇠 또는 차단됩니다.단, 패러데이 케이지에는 파형, 주파수 또는 수신기/송신기와의 거리, 수신기/송신기 전력에 따라 감쇠가 달라집니다.HF RFID와 같은 근거리 고출력 주파수 전송이 침투할 가능성이 높습니다.솔리드 케이지에서는 일반적으로 메시 케이지보다 넓은 주파수 범위에서 필드를 감쇠시킵니다.

역사

1836년, 마이클 패러데이는 충전된 도체의 과도한 전하가 외부에만 존재하고 그 안에 밀폐된 어떤 것에도 영향을 미치지 않는 것을 관찰했다.이를 증명하기 위해 그는 금속박으로 코팅된 방을 지었고 정전기의 고압방전이 방 바깥을 덮치게 했다.그는 방 벽 안쪽에 전하가 존재하지 않는다는 것을 보여주기 위해 전기 스코프를 사용했다.

비록 이 케이지 효과가 1843년 마이클 패러데이의 유명한 얼음통 실험 덕분이었지만, 1755년 전기가 흐르는 금속 캔의 구멍을 통해 실크 실에 매달려 있는 충전되지 않은 코르크 공을 낮춤으로써 효과를 관찰한 사람은 벤자민 프랭클린이었다.그는 "코르크 마개는 바깥쪽으로 향했을 때처럼 캔 안에 끌리지 않았고 바닥에 닿았지만 꺼냈을 때 바깥쪽으로 향했을 때처럼 전기(충전)가 되지 않았다"고 말했다.사실은 특이하다.프랭클린은 우리가 현재 패러데이 케이지 또는 [2]방패라고 부르는 것의 행동을 발견했다.

게다가 1754년 놀레 신부는 그의 레송 드 피지컬 [3]박람회에서 케이지 효과로 인한 영향에 대한 초기 설명을 발표했다.

작동

패러데이 케이지(상자)의 작동 방식을 보여주는 애니메이션입니다.외부 전계(화살표)가 인가되면 금속의 전자(작은 공)가 케이지의 왼쪽으로 이동해 음전하를 주고, 나머지 핵의 불균형 전하가 우측에 양의 전하를 준다.이러한 유도 전하가 박스 전체에 걸쳐 외부 전계를 상쇄하는 반대 전계를 생성합니다.

계속되는

연속 패러데이 실드는 중공 도체입니다.외부 또는 내부에서 인가되는 전자장은 도체 내의 전하 캐리어(일반적으로 전자)에 힘을 발생시킵니다. 따라서 정전 유도 때문에 전하가 재분배됩니다.재배포된 전하에 의해 표면 내 전압이 커패시턴스에 따라 크게 감소하지만 완전히 취소되지는 [4][additional citation(s) needed]않습니다.

인테리어 비용

벽에 접촉하지 않고 접지되지 않은 패러데이 실드 내부에 전하를 배치하면(이 전하량을 +Q로 표시하자), 실드 내부 면에 -Q가 충전되어 전하에서 발생하는 필드 라인이 발생하며 금속 내부 표면 내부로 확장됩니다.이 내부 공간(엔드포인트 음전하에 대한)의 필드 선 경로는 내부 격납 건물 벽의 모양에 따라 달라집니다.동시에 +Q가 차폐의 바깥쪽 면에 누적됩니다.외부 표면에서의 전하의 확산은 인클로저 내부의 내부 전하의 위치에 영향을 받지 않고 외부 면의 형상에 따라 결정됩니다.모든 면에서 패러데이 실드는 금속이 단순히 +Q로 충전되었을 때 발생하는 것과 같은 정전기를 외부에 발생시킵니다.예를 들어, 전계선 및 외부와 내부 사이의 분리에 대한 자세한 내용은 패러데이의 얼음통 실험을 참조하십시오.전자파는 정전하가 아닙니다.

케이지가 접지되어 있는 경우, 접지 접속으로 케이지의 외부와 환경 사이에 등전위 본딩이 형성되기 때문에 과도한 전하가 중화됩니다.따라서 케이지 사이에 전압이 없고, 따라서 필드도 없습니다.안쪽 면과 안쪽 전하가 동일하게 유지되므로 필드가 안쪽에서 유지됩니다.

외부 필드

실온에서 일부 재료의 피부 깊이 대 주파수, 빨간색 수직선은 50Hz 주파수를 나타냅니다.

정적 전계의 차폐 효과는 도전성 물질의 형상과는 크게 무관하지만 정적 자기장은 차폐를 완전히 관통할 수 있다.

다양한 전자장의 경우, 변화가 빠를수록(즉, 주파수가 높을수록), 재료는 자기장 투과성을 더 잘 견딘다.이 경우 차폐는 전기 전도율, 케이지에 사용되는 전도성 재료의 자기 특성 및 두께에 따라 달라집니다.

패러데이 실드의 효과에 대한 좋은 아이디어는 피부 깊이를 고려함으로써 얻을 수 있습니다.피부 깊이의 경우 전류는 대부분 표면에 있으며 재료의 깊이에 따라 기하급수적으로 감소합니다.패러데이 실드는 한정된 두께를 가지기 때문에 실드가 얼마나 잘 작동하는지 결정합니다. 실드가 두꺼울수록 전자장을 더 잘 감쇠시킬 수 있고 주파수도 더 낮습니다.

패러데이 케이지

패러데이 케이지란 구멍이 뚫린 패러데이 방패이기 때문에 분석하기가 더 복잡합니다.연속 차폐는 기본적으로 피부 깊이보다 짧은 모든 파장을 감쇠시키는 반면, 케이지의 구멍은 더 짧은 파장이 통과할 수 있도록 허용하거나 표면 바로 위에 "이벤트 필드"(전자파로서 전파되지 않는 진동 필드)를 설정할 수 있습니다.파장이 짧을수록 주어진 크기의 메시를 더 잘 통과합니다.따라서 단파장(즉, 고주파)에서 잘 작동하려면 케이지의 구멍이 입사파의 파장보다 작아야 합니다.

예

SLC-40과 SpaceX Falcon 9 발사 인프라.로켓을 둘러싼 4개의 탑은 거대한 패러데이 케이지처럼 작동하는 피뢰기이다.
  • 패러데이 케이지(paraday cage)는 분석 화학에서 소음을 줄이면서 민감한 측정을 수행하기 위해 정기적으로 사용됩니다.
  • 패러데이 케이지, 특히 이중 쌍으로 구성된 심 패러데이 백은 범죄 디지털 증거의 원격 소거 및 변조를 방지하기 위해 디지털 포렌식 작업에 자주 사용됩니다.
  • 미국과 NATO의 Tempest 표준 및 다른 나라들의 유사한 표준에는 컴퓨터에 배출 보안을 제공하기 위한 광범위한 노력의 일환으로 패러데이 케이지가 포함되어 있습니다.
  • 자동차와 비행기 승객실은 기본적으로 패러데이 케이지로, 번개와 같은 전기 요금으로부터 승객을 보호합니다.
  • 자동차와 항공기의 전자 부품은 패러데이 케이지를 사용하여 간섭으로부터 신호를 보호합니다.민감한 구성 요소에는 무선 도어 잠금 장치, 내비게이션/GPS 시스템 및 차선 이탈 경고 시스템이 포함될 수 있습니다.패러데이 케이지와 보호막은 비상 상황에서 임계 회로로 기능하도록 설계될 수 있는 차량 인포테인먼트 시스템(예: 라디오, Wi-Fi 및 GPS 디스플레이 장치)에도 매우 중요하다.[5] [6]
  • 부스터백(알루미늄 포일이 박힌 쇼핑백)은 패러데이 케이지 역할을 합니다.RFID 태그 부착 물품을 [7]훔치기 위해 좀도둑들이 자주 사용한다.
  • 금속 전도 프레임과 벽이 있는 엘리베이터 및 기타 방은 패러데이 케이지 효과를 시뮬레이션하여 외부 전자파 신호가 필요한 휴대전화, 라디오 및 기타 전자기기 사용자에게 신호 손실과 "데드존"을 초래한다.훈련 중에, 소방관들과 다른 긴급 구조자들은 그들의 쌍방향 무전기가 엘리베이터 안에서 작동하지 않을 것이며, 그것을 고려하도록 주의를 받는다.전자공학 엔지니어는 장비 테스트 중에 이러한 [citation needed]환경을 시뮬레이션하여 장치가 이러한 조건을 적절하게 처리할 수 있도록 하기 위해 작은 물리적 패러데이 케이지를 사용합니다.
  • 적절하게 설계된 전도성 의복 또한 보호용 패러데이 케이지가 될 수 있습니다.일부 전기 라인맨은 감전 위험 없이 고전압 전원선에서 작업할 수 있는 패러데이 수트를 착용합니다.이 수트는 전류가 차체를 통해 흐르는 것을 방지하며 이론적으로 전압 제한이 없습니다.라인맨은 최고 전압(카자흐스탄의 에키바투즈-코크셰타우 선 1150kV) 라인도 안전하게 [citation needed]작업했습니다.
  • 캘리포니아의 물리학자 오스틴 리차드는 1997년 테슬라 코일 방전으로부터 자신을 보호하는 금속 패러데이 수트를 만들었다.1998년, 그는 슈트 속 캐릭터를 닥터 메가볼트라고 이름 붙였고 전 세계와 버닝맨에서 9년 동안 공연을 했다.
  • 자기공명영상(MRI) 기기의 스캔룸은 패러데이 케이지로 설계됐다.이렇게 하면 환자로부터 수집된 데이터에 외부 RF(무선 주파수) 신호가 추가되는 것을 방지하여 결과 이미지에 영향을 미칠 수 있습니다.기술자들은 뇌우 때처럼 패러데이 케이지가 손상되었을 때 이미지에 생성되는 특징적인 인공물을 식별하도록 훈련받는다.
  • 전자레인지는 부분적인 패러데이 케이지(내부 6면 중 5면)와 6면(투명창)에 와이어 메시로 구성된 패러데이 실드를 사용하여 전자파 에너지를 오븐 내에 수용하고 사용자를 마이크로파 방사선에 노출되지 않도록 보호한다.
  • 금속이 함침된 비닐 봉투는 운송 중이나 사용자가 [citation needed]현금을 지불할 때처럼 통행료를 부과해서는 안 될 때마다 전자 요금 징수 장치를 둘러싸는 데 사용됩니다.
  • 케이블 TV에 사용되는 USB 케이블이나 동축 케이블과 같은 차폐 케이블은 외부 전기 노이즈로부터 내부 도체를 보호하고 RF 신호가 누출되는 것을 방지합니다.
  • 전자 기타와 같은 일부 악기의 전자 부품은 스피커, 앰프, 무대 조명 및 기타 음악 장비의 간섭으로부터 악기의 전자기 픽업을 보호하는 구리 또는 알루미늄 박으로 만들어진 패러데이 케이지에 의해 보호됩니다.
  • 감옥과 같은 몇몇 건물들은 [8][9]죄수들의 전화와 발신 전화를 모두 차단할 이유가 있기 때문에 패러데이 케이지로 지어진다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Michael Faraday". Encarta. Archived from the original on 8 May 2006. Retrieved 20 November 2008.
  2. ^ J. D. 크라우스, 전자학, 4Ed, McGraw-Hill, 1992, ISBN 0-07-035621-1
  3. ^ Mascart, Éleuthère Élie Nicolas (1876). Traité d'électricité statique. G. Masson. p. 95. Faraday Cage Nollet.
  4. ^ https://people.maths.ox.ac.uk/trefethen/chapman_hewett_trefethen.pdf 패러데이 케이지의 수학 - S. Jonathan Chapman David P.휴엣 로이드 N.트레페텐
  5. ^ "Understanding EMI/RFI Shielding to Manage Interference". Ceptech. Retrieved 2020-04-23.
  6. ^ "Reliability Becomes The Top Concern In Automotive". Passive Components Blog. 2019-02-12. Retrieved 2020-04-23.
  7. ^ Hamill, Sean (22 December 2008). "As Economy Dips, Arrests for Shoplifting Soar". The New York Times. Retrieved 12 August 2009.
  8. ^ Mark Prose. "Imperfect System". AARP Magazine. No. April / May 2020. p. 6. with a Faraday shield would render the phones' transmitting and receiving functions useless
  9. ^ "REDACTED FOR PUBLIC INSPECTION: Contraband phone task force status report" (PDF). April 26, 2019.

외부 링크

Wikimedia Commons에는 패러데이 케이지와 관련된 미디어가 있습니다.