Faradayn häkki
Faradayn häkki on sähköä johtavasta materiaalista valmistettu häkki tai muu yhtenäinen kuori, jota staattinen sähkökenttä, audio- tai radiotaajuinen sähkömagneettinen säteily eivät läpäise. Toisin sanoen Faradayn häkin sisäpuolella oleva sähkömagneettisen kentän lähde ei vaikuta häkin ulkopuolella, ja sähkömagneettinen kenttä ei pääse häkin ulkopuolelta sen sisäpuolelle.
Faradayn häkki on nimetty fyysikko Michael Faradayn mukaan. Hän rakensi vuonna 1836 ensimmäisen Faradayn häkin.
Toiminta
Faradayn häkki perustuu Gaussin lakiin ja sähköä johtaviin materiaaleihin. Faradayn häkin joutuessa ulkoiseen sähkökenttään, sen pinnalla olevat vapaat elektronit siirtyvät sähkökentän mukana. Tämä tuottaa häkin pintaan varausjakauman siten, että positiiviset ja negatiiviset varausosuudet keskittyvät häkin eri puolille. Huomaa, että negatiiviset varaukset kulkevat ulkoisessa sähkökentässä sitä vastaan ja positiiviset varaukset sen suuntaan. Positiivisten ja negatiivisten varausten keskittymät luovat oman sähkökenttänsä, joka eliminoi ulkoisen sähkökentän vaikutuksen häkin sisäpuolella.[1]
Häkin vaikutus sähkömagneettiseen säteilyyn riippuu säteilyn aallonpituudesta ja verkon aukkojen läpimitasta. Esimerkiksi mikroaaltouunin säteily, jonka aallonpituus on 12 senttimetriä, ei läpäise mikroaaltouunin oven tiheää metalliverkkoa, mutta valon näkyvät aallonpituudet (350–700 nm) läpäisevät. Samoin atomirakenteeseen verrattuna lyhytaaltoinen röntgen- ja gammasäteily kykenevät tunkeutumaan yhtenäisenkin metallikalvon läpi.
Käyttö
Monissa sähkölaitteissa, varsinkin radiolaitteissa, on osia, jotka eivät saa lähettää tai vastaanottaa sähkömagneettista säteilyä. Siksi sellaiset osat tyypillisesti suojataan metallikotelolla tai metallin säästämiseksi metalliverkkokotelolla. Tällaisia metallikoteloita voi olla laitteen sisällä useita. Myös koko laite voi olla metallikotelossa juuri häiriöeristyksen takia. Muovikotelostakin voidaan tehdä Faradayn häkki päällystämällä muovi, tavallisesti sisäpinnalta, metallikalvolla. Myös sähkökitaroissa voidaan käyttää eräänlaista Faradayn häkkiä vuoraamalla kitaran sisäosien puupinnat kupariteipillä tai maalamalla ne sähköä johtavalla maalilla.
Ydinräjähdysten EMP rikkoo elektronisia laitteita. Siksi sotilaalliset laitteet lähes aina ja yhteiskunnalle välttämättömät muutkin laitteet rakennetaan EMP-suojattuun tilaan, joka käytännössä on tiheäsilmäisellä metalliverkolla ympäröity huone, Faradayn häkki.
Lääketieteessä käytetään paljon tutkimuslaitteita, kuten EEG, joiden suuren sähkömagneettisen herkkyyden takia ne on rakennettava huoneeseen, joka on rakennettu Faradayn häkiksi.
Myös esimerkiksi mikroaaltouunin ovessa oleva verkko yhdistettynä laitteen metallikuoreen estää mikroaaltojen pääsyn uunin ulkopuolelle.
Joskus Faradayn häkin määritelmää venytetään mielipideasiaksi, kuten ukkossuojauksessa[2] tai auton korin osalta, mutta oikeita Faradayn häkkejä ne eivät ole puutteellisen taajuuskaistansa vuoksi. Lisäksi kaiken suojattavan pitäisi olla irti itse häkin metallista.
Faradayn häkin rakenteelliset vaatimukset tärkeissä kohteissa ovat hyvin suuret.[3]
Lähteet
- Young & Freedman: ”22.5”, University Physics with Modern Physics, 11. painos, s. 858. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)
- http://www.tukes.fi/tiedostot/sahko_ja_hissit/faq/ukkossuojaus.pdf (Arkistoitu – Internet Archive)
- http://www.vm.fi/vm/fi/04_julkaisut_ja_asiakirjat/01_julkaisut/05_valtionhallinnon_tietoturvallisuus/20020101Tietot/name.jsp (Arkistoitu – Internet Archive)
