EMR OLCUM VE EMR KORUMA KALKANLAMA GUVENLIK SISTEMLERI

EMR OLCUMU VE URUNLERI ILE ILGILI HERTURLU BILGIYI BURADAN BULABILIRSINIZ

 
   
 

EMR Koruma - Elektromanyetik Radyasyondan Korunma ve Kalkanlama Boyaları, Kumasları, Cam Filmleri ve Ürünleri

 
 

FARADAY KAFESİ OLUŞTURULMASI

     Manyetik Alan Ekranlamaları, Mumetal uygulamaları, Trafoların çevreye verdiği etkilerin azaltılması, Faraday Kafesi Sistemleri, Askeri uygulamalar Tempest Ekipmanları ve Uygulamaları, Jammer uygulamalarına alternatif odalarda wifi ve gsm gibi sinyallerin kesilmesi, RF koruma projelerinin üretilmesi, Turkiye'deki Tubitak'a ait RF guvenligi sınıflandırmalarına uyum sağlanması, Sessiz Oda (Sağır Oda) oluşturulması (Odanın Dinlemeye Karşı Engellenmesi gibi çalışmalar) , Ekranlı Camlar ve Odalar, Güç Sinyali Filtreleri elektrik vb kablolar uzerinden dinlenme yada veri hırsızlıgı için özel filtreler,  EMC Uyumluluk Sertifikası İçin Tibbi ve benzeri makine gerk cihazların Koruma ,ekranlama ve Kalkanlaması projeleri, Ses Kayıt Studyoları Ekranlaması, titreşim engellenmesi ve Kabloların Ekranlaması gibi konularda firmamızdan özel destek alabilirsiniz. Bu konuda bilgi almak için bize iletişim numaralarımızdan ulaşabilirsiniz.

Faraday Kafesi Nedir ?

Faraday kafesi, elektriksel iletken metal ile kaplanmış veya iletkenler ile ağ biçiminde örülmüş içteki hacmi dışardaki elektrik alanlardan koruyan bir muhafazadır. Faraday kafesi, 1836 yılında İngiliz Fizikçi Michael Faraday'ın buluşu olduğu için "Faraday kafesi" diye adlandırılmıştır.

Faraday kafesi, İletken teller ile ağ biçiminde kaplanmış ve topraklanmış her kafesle bu koruma gerçekleştirilebilir. Faraday kafesi oluşturmak için, Ağ gözü sıklığı ve topraklama kalitesi yapılması korumayı arttırır. Faraday kafesinde dışarıdaki elektrik alan içeri etki edemez, mesela yıldırımlar gibi statik elektrik boşalmaları iletkenlerden geçer ve Faraday kafesinin içerisine sıçramaz. Faraday kafesine dış elektrik alanlar da etki edemez. Kafes ağ gözü biçiminde yapılmış ise ağ gözlerinin ne kadar dar tutulursa o kadar iyi koruma sağlar ve Faraday kafesi benzer şekilde dış elektromanyetik alanları da dışarıdan içeriye ve içeriden dışarıya geçirmez. Faraday kafesinde daha dar ağ gözleri ile daha yüksek frekans elektromanyetik dalgalara karşı geçirmezlik sağlanabilir. Faraday kafesinde geniş ağ gözleri daha uzun dalga boylu (diğer bir deyişle daha düşük frekanslı) radyo dalgalarına karşı geçirmezlik sağlar. Faraday Kafesinin işlerliği için iletkenlerin iyi topraklanmış olması gerekir.

Özellikleri
İletken teller ile ağ biçiminde kaplanmış ve topraklanmış her kafesle bu koruma gerçekleştirilebilir. Ağ gözü sıklığı ve topraklama kalitesi korumayı arttırır. Dışarıdaki elektrik alan içeri etki edemez, mesela yıldırımlar gibi statik elektrik boşalmaları iletkenlerden geçer ve içeri sıçramaz. Dış elektrik alanlar da içeri etki edemez. Kafes ağ gözü biçiminde yapılmış ise ağ gözlerinin ne kadar dar tutulursa o kadar iyi koruma sağlar ve benzer şekilde dış elektromanyetik alanları da dışarıdan içeriye ve içeriden dışarıya geçirmez. Daha dar ağ gözleri ile daha yüksek frekans elektromanyetik dalgalara karşı geçirmezlik sağlanabilir. Geniş ağ gözleri daha uzun dalga boylu (diğer bir deyişle daha düşük frekanslı) radyo dalgalarına karşı geçirmezlik sağlar. Kafesin işlerliği için iletkenlerin iyi topraklanmış olması gerekir.

Çalışma ilkesi

İletken malzemeleri oluşturan atomların en dış yörüngelerindeki değerlik (valans) elektronları, atomlarından kolayca ayrılarak hareket etme yeteneğine sahiptir. Dolayısıyla; kapalı bir yüzeye sahip olan iletken bir cisim elektrik alanı içerisine yerleştirildiğinde bu elektronlar, iletkenin içerisindeki elektrik alanı sıfırlanıncaya kadar hareket eder ve bir ‘yeniden dağılım’a uğrarlar. Elektrik alanın sıfırlanmasıyla birlikte, hareket etmelerinin gerekçesi ortadan kalkmış olur. Faraday kafesi bu ilkeye göre çalışır ve Faraday kafesi içindeki nesneleri dış elektrik alanlara karşı korur. Faraday kafesi dolayısıyla ideal olarak; topraklanmış, örneğin içi boş metal bir küre gibi kapalı bir iletken yüzeyden oluşur. Ancak iletken yüzey sürekli olmak yerine, kafes şeklinde de imal edilebilir. Bu durumda faraday kafesi aralıklarından bir miktar elektrik alanı içeriye sızacak, fakat aralıklar yeterince küçükse bu bir sorun oluşturmayacaktır. Öte yandan geometrinin küre olması şart değildir. Kapalı herhangi bir yüzey, faraday kafesi görevini yerine getirebilir.

Günlük hayatta uygulamalar

Yanıcı parlayıcı maddelerin depolandığı binalarda Faraday kafesi
Bu tip binaların dışı kafes şeklinde kaplanır. Faraday kafesi için Binanın dışındaki yüksek noktalara sivri uçlu metaller yerleştirilir. Bütün iletkenler ve sivri metaller( yıldırım yakalama uçları) birbiriyle bağlanır ve topraklanır.

Radyo frekans yayan cihazlarda Faraday kafesi
Bu tip cihazların konduğu kabinler cihaz çevreye parazit radyo sinyalleri yaymasın diye Faraday kafesi olması için dış metal kılıfından topraklanır.

Telsizle haberleşmenin yapıldığı binalarda Faraday kafesi
Bina içindeki telsiz haberleşme sinyallerinin dışarıya sızmasını ve dinlenmesini önlemek için bina dışına Faraday kafesi inşa edilir. Faraday kafesi Binada telsiz haberleşme yapılmasa bile, CRT monitörler görüntüyü zayıf bir radyo dalgası olarak yaydığı için uzaktaki bir monitördeki görüntüyü sinyali yakalayıp kuvvetlendirerek tekrar oluşturmak mümkündür. Binalarda tavan da demir lamalar ile örülmüş hatıl olarak yapılmıştır, duvarlarda bu şekilde demirler olmadığı için baz istasyonları binaların üzerinde sağlık açısından büyük bir tehlike arz etmektedir.

Elektronik kartlarda bulunan radyo frekans modüllerde Faraday kafesi
Radyo-televizyon tuneri, GSM alıcı verici devreleri gibi radyo frekans amaçlı modüller veya elektronik devre bölümleri, sac bir kapakla(Faraday kafesi) kapatılıp topraklanarak elektronik karta ve çalıştığı ortama bozucu sinyaller yayması engellenir. EMC (Elektromanyetik Uyumluluk) yönetmeliğine göre bu tip önlemleri almak mecburidir. Elektrikli cihazların gerek radyo sinyali olarak gerekse iletken hatlar üzerinden parazitler yaymasına müsade edilmez. Mumetal benzeri materyallerle kapatılarak Faraday kafesi oluşturulmuş olur.

 

 

FARADAY KAFESI NEDIR , NE İŞE YARAR VE OZELLIKLERI

     

İsmini 19. Yüzyılda yaşamış ünlü fizikçi ve kimyacı Michael Faraday’dan alan, çalışma prensibi basit elektrostatik kurallara dayanan bu düzeneği günlük hayatta birçok yerde görebilirsiniz.


 
Faraday kafesleri çevreledikleri hacmi, dışarıda meydana gelen elektriksel alan değişimlerine karşı korurlar. İlginç olan nokta; bunu yaparken hiçbir güç harcamamalarıdır. Bir faraday kafesine ne derece sahip olmak istersiniz bilmiyorum ama eğer sahipseniz onu fişe takıp çalıştırmanız gerekmez! Diğer taraftan faraday kafesi sahip olunması zor olan birşeyde değildir. Örneğin, bir alüminyum folyo yeterlidir. Yalnızca belli bir hacmi çevreleyebilecek kadar olması işimizi görecektir. 

 
Peki, pratikte faraday kafesine ne derece ihtiyacımız var? Oldukça çok. Faraday kafesimiz ve onun dayandığı fizik olmasaydı binalarımızı yıldırım düşmelerinden korumak için oturup başka bir çözüm düşünmemiz gerekecekti. İçlerinde kimi gizli bilgilerin gönderilip alındığı binaları casuslardan korumak için yine başka bir yöntem gerekecekti. Ama çok fazla karamsar olmayalım, eğer faraday kafesimiz olmasaydı iyi şeyler de olacaktı; mesela arabalardaki radyo antenlerini arabanın dışına koymak zorunda kalmayacaktık!

 
Araba radyolarının antenlerinin dışarıda olması sizi de rahatsız etmiş olabilir. Ben çoğu zaman kendimi bu anten içeride bir yerlere konulamaz mıydı diye düşünürken bulmuşumdur. Hiç estetik değildir çünkü arabanın üstünde bir anten. Hem araba radyosunun antenini arabanın üstüne koymak, evdeki radyonun antenini çatıya koymaya benzer. Ama her ne olursa olsun fiziğin tüm evrene hükmeden kurallarından kaçmak mümkün değildir ve bu durum yirminci yüzyılın mühendislik harikası olsanız da fiziğin sizi kayırmayacağı anlamına gelir. 

 
Arabalardaki radyo antenlerinin yadırganan yeri ne yazık ki bir mecburiyetin sonucudur. Arabalar sahip oldukları metal gövdeleriyle birer faraday kafesi görevi görürler. Bundan dolayı radyo dalgalarının arabanın içine ulaşması söz konusu değildir. Muhtemelen araba tasarımcıları da bu durumdan rahatsız olmuşlardı fakat sanıyorum ki arabayı tahta gövdeli yapmaktan başka bir çareleri yoktu. Bu da estetik bir kaygıdan çok daha fazlasını alıp götüreceğinden tercih edilmemiş olabilir. Bu noktada arabaların içinde rahatlıkla kullandığımız cep telefonlarının nasıl olupta çalıştığını sorgulayabilirsiniz. Ne de olsa radyolar da, cep telefonları da elektromanyetik dalgalarla çalışırlar ve eğer faraday kafesine elektromanyetik dalgalar giremiyorsa cep telefonlarının da çalışmamasını beklersiniz. Böyle olmamasının sebebi faraday kafesimizin gözenekli olmasıdır. Bildiğiniz gibi araba gövdesinin tamamı metalden oluşmaz. Camlar metalin yüzeyindeki boşluklardır ve pratik olarak bu boşluklar faraday kafesimizin gücünü düşürür. Dolayısıyla kafes, güçlü ve zayıf elektromanyetik dalgalara karşı adil davranamaz, gelen elektromanyetik dalganın gücüne göre tepki vermek zorunda kalır. Radyo dalgaları düşük enerjili olduğundan onların içeriye girmesine karşı koyabilir fakat cep telefonlarının çalıştığı yüksek enerjili elektromanyetik dalgaların içeriye girmesi karşısında kafesin yapacak hiçbir şeyi yoktur. Bu yüksek enerjili elektromanyetik dalgalar çok yüksek frekanslıdır ve dalgaboyları faraday kafesinizin sahip olduğu gözeneklerle  karşılaştırılamayacak kadar küçüktür. Dolayısıyla cep telefonu sinyalleri araba gövdesinin metal olmayan boşluklarından girip çıkarken gövdenin bundan haberi bile olmaz! 

 
Peki bir faraday kafesiyle cep telefonu sinyallerini durdurabilmek mümkün müdür? Elbette mümkündür. Eğer elektromanyetik dalgalara karşı güçlü bir faraday kafesine sahip olmak istiyorsanız kafesinizdeki gözenekleri mümkün olduğu kadar küçültmeniz gerekecektir. En kesin çözüm yüzeyinde hiçbir boşluk bulunmayan sürekli bir iletken malzeme kullanmaktır. Bunun için çok fazla malzeme araştırması yapmaya gerek yok. Cep telefonu sinyallerini durdurabilmek için bir alüminyum folyo yeterli olacaktır. Cep telefonunuzu alüminyum folyoya hiçbir tarafında boşluk kalmayacak şekilde sardığınızda deneyinizi başlatabilirsiniz. Eğer telefonunuzun bulunduğu hacmi dikkatlice sarıp boşluk olmamasına özen gösterdiyseniz telefonunuza ulaşamayacaksınız. Çünkü alüminyum folyo bir faraday kafesi görevi görüp içerisindeki hacme elektromanyetik dalgaların girmesine izin vermeyecektir.

 
Artık biliyoruz ki; bütün faraday kafesleri kafes şeklinde değil. Gözenekli yapıda olmayan, yüzeyi sürekli bir iletken malzemeyle de faraday kafesi oluşturulabiliyor. Yüzeyinde hiçbir boşluk olmayan kafes, çevrelediği hacme hiçbir şekilde elektrik alan değişimlerini ve elektromanyetik dalgaları geçirmiyor, eğer gözenekli yapıdaysa elektrik alan değişimlerini yine geçirmiyor fakat elektromanyetik dalgalara tepki vermede gözeneklerinin küçüklüğü oranında başarılı olabiliyor. Kafes ne kadar küçük gözeneklere sahipse elektromanyetik dalgaları perdelemede o kadar başarılı oluyor. 
Faraday kafesinin ne olduğu, nerelerde kullanıldığı ve farklılıklarını anladıktan sonra olayın arkasındaki fiziği incelemeye hazırız? Tam olarak ne oluyorda bu metal kapalı kutular elektrik alanları perdeleyebiliyorlar?

 

 
Tesla bobininin hemen yanında, faraday kafesinin sağladığı güvenle oturup üzerinize gelen yük sıçramalarını izleyebilirsiniz.

 

 
Faraday Kafesinin Arkasındaki Fizik
Cep telefonunuzu bir kağıt parçasına sarmayı deneyebilirsiniz. Tahmin edeceğiniz gibi hiçbir sonuç alamayacaksınız. Faraday kafesi için iletken bir malzemeden bahsediyor olmamız gerekir. Öyleyse iletkenlikten başlayalım. İletken bir madde ne demektir? Malzemelerin iletken ve yalıtkan olarak sınıflandırılması doğru ve yeterli midir?

 
İletkenlik
Elektriksel iletkenlik tamamiyle maddenin mikroskobik boyutlarında gerçekleşen olayların sonucudur. Onu anlayabilmek için atomların dünyasına inmek zorundayız. Bildiğiniz gibi atom, merkezinde artı yüklü protonların ve yüksüz nötronların yoğunlaştığı, çevresinde ise eksi yüklü elektronların kuantum mekaniksel ilişkiler neticesinde dizildiği bir yapıdadır. Bu elektron dizilimleri merkezinde çekirdeğin olduğu ve çapları gittikçe büyüyen çemberler şeklinde düşünülebilir. Biz iletkenlik bağlamında bu çemberlerin en büyüğüyle ilgileniyoruz. Yani çekirdeğe en uzak olanıyla. Doğadaki bazı maddelerin çekirdekten en uzakta bulunan elektronları bazen yörüngesinde yalnızdır. Bu elektronların yörüngelere yerleşiminin doğal bir sonucudur. Biraz acıklı bir örnek olacak ama şöyle düşünelim; bir hapishanede gardiyansınız ve dokuz mahkumu ayaklarından prangalayıp bir yerden bir yere götürme göreviyle karşı karşıyasınız. Çok üzücü ama hapishanede bulunan prangalar sekiz kişi için düşünülmüş. Yapaçak birşeyiniz yok mahkumların sekizini prangalayıp geriye kalan kişinin kaçmaması için yolculuk boyunca dikkatli olmalısınız. Atom yörüngelerinde de sekiz kişilik prangada olduğu gibi belli bir kural vardır. Her yörüngeye kaç elektronun yerleşebileceği bellidir. Bazı maddeler öyle elektron sayısına sahiptirler ki, elektronları tüm yörüngelere yerleştirdikten sonra geriye yalnız bir elektron kalır. Bir önceki yörünge tam olarak doldurulmuşken maddenin sahip olduğu son elektron son yörüngede tek başınadır. Tek başına olduğundan çekirdek tarafından çekimi çok zayıftır hatta neredeyse çekirdek tarafından hiçbir çekime maruz kalmaz ve serbest haldedir. Elbette ki madde milyarlarca atomdan meydana gelir ve bu milyarlarca serbest elektron demektir. Bu milyarlarca serbest elektron madde içerisinde adeta yüzerler ve bir elektron denizi oluştururlar. İşte iletkenliği sağlayan bu elektron denizi yani atomdaki  serbest elektronlardır. 
Elektrostatik hakkında az çok bilgisi olan herkes için klişe sayabileceğimiz bir söylem vardır; bütün maddeler iletkendir! Aynen öyledir. Ancak bazı malzemelerin iletkenliği öylesine küçüktür ki pratikte onların iletkenliklerinin bahsi bile edilmez. Onları oluşturduğumuz yalıtkanlar sınıfına koyarız. Tahmin edeceğiniz üzere yalıtkan maddelerin atomları içerisinde elektronlar yörüngelerine tamı tamına oturmuştur ve dolayısıyla çekirdekler elektronlara güçlü bir çekim uygular. Örneğimize göre bu sefer sekiz kişiyi bir yerden bir yere götürdüğümüzü varsayabiliriz ve rahatlayabiliriz. Kimse bir yere kaçamaz!
Fakat maddelerin elektriksel iletkenliği yalnızca iletkenler ve yalıtkanlar olarak sınıflandırılmanın daha ötesinde kimi durumlar barındırır. Bazı malzemeler “neredeyse” iletkendir ve bunlara yarı-iletken deriz ki bu malzemeler günümüz elektroniğinin taşıyıcısı konumundadır. Yarı-iletkenlerin son yörüngesinde üç-dört-beş elektron bulunabilir. Örneğimize dönecek olursak üç, dört veya beş kişiyi prangaladığımızı düşünebiliriz. İyi bir organizasyonda kaçmak neden olmasın! Sekiz kişiden daha kolay olduğu kesin. 
Bir diğer iletkenlik sınıfı ise süperiletkenliktir. Süperiletken malzemeler sıfır dirençtedir ve elektriği kayıpsız iletebilirler. Yani pranga falan yoktur! 
İletkenliği ana hatlarıyla anlamış bulunuyoruz. Faraday kafesinin arkasındaki fiziği anlamaya giden yolda elektrik alanları da incelemek durumundayız.

 
Elektrik Alan
Bildiğiniz gibi doğada iki farklı elektriksel yük bulunur. Bunları artı ve eksi olarak ifade ederiz. Artı ve eksi birbirini çekerken eksi eksi veya artı artı birbirini iter. Bu ilişkiler doğanın sert kurallarıdır ve elektrik yüklü bir kabloyu tuttuğumuzda neden çarpıldığımızdan, duvarların içinden neden geçemediğimize kadar birçok gerçekliğin açıklamasını içinde barındırır.
Yüklerin birbiriyle olan ilişkilerini daha yakından incelemeye kalkarsak elektrik alanla karşılaşırız. Şunu söyleyebiliriz ki doğadaki bütün uzaktan etkiyen kuvvetlerin etkileşimleri bir alan vasıtasıyla incelenir. Yükler çevrelerinde oluşturdukları alanlarla etkileşirler. İşte biz elektriksel yüklerin oluşturdukları bu alana elektrik alan diyoruz. Alanın yönünü tıpkı artı ve eksi yüklerin seçimindeki keyfilikle, artıdan eksiye doğru seçiyor ve gösteriyoruz. Ancak hemen belirtmekte yarar var ki bu kesinlikle hatalı bir söylemdir. Doğrusu yüksek potansiyelden düşük potansiyele olmalıdır ve kuşkusuz eksi-iki eksi-beşten büyük bir sayıdır. 
Şunu netleştirmek gerekebilir, elektrik alan, gözlemlerimize uyan, uzaktan etkiyi açıklığa kavuşturan, fiziksel gerçekliği olan bir kavramdır. Yönü vardır ancak yönünün nerden nereye olduğu tıpkı artı ve eksi yüklerin kabulü gibi tamamıyla fizikçilerin bir tercihidir. Biran için elektrik alanın yönünün eksiden artıya olduğunu farzedin. Pratikte hiçbir sorunla karşılaşmayacaksınız!
Şimdi iletkenler ve elektrik alan hakkında edindiğimiz bu bilgileri biraraya getirip sonuca ulaşabiliriz.

 
Bir Dış Elektrik Alandaki İletken
Elimizde yüksüz bir iletken malzeme var ve biliyoruz ki iletken malzemelerin içinde çok sayıda serbest elektron bulunuyor. Bu malzemenin yanına artı elektrik yükü koyulursa iletkendeki serbest elektronlar artı yükün bulunduğu tarafa yönelecektir. Bu işlemi genel bir dış elektrik alanda yeniden incelemenin noktasal bir yükle incelemekten farkı yoktur. Ne de olsa noktasal yükler de çevrelerinde bir elektrik alan oluştururlar ve elektriksel etkileşimlerini bu sayede gerçekleştirirler. 

 

 

İletken maddenin içerisinde bir hacim oluşturabiliriz. Bu hacim iletkenin hiçbir özelliğini değiştirmez ve dış elektrik alan içerisindeki iletkende de yükler yeniden şekillenir. Elektrik alan yüksek potansiyelden düşük potansiyele doğru olduğundan artıdan eksiye doğru kabul edilebilir. Dolayısıyla elektrik alanın yüzeye geldiği yönde iletkende eksi yük birikmesi oluşur. İletkenin diğer tarafında eksi yükler azaldığından artı yük fazlalığı oluşur ve diğer tarafta artı yüklenmiş olur. Burada belirtilmesi gereken nokta; iletkenin yüzeyinde yeniden yük şekilleniminin doğrudan dış elektrik alana bağlı olduğudur. Dış elektrik alan ne kadar büyükse, iletkenin, elektrik alanın girdiği ve çıktığı tarafları arasındaki yük farkı o kadar fazla olur. Şimdi inceleyeceğimiz nokta, dış elektrik alanın yeniden şekillendirdiği yüzey yüklerinin iletkenin içinde oluşturduğu elektrik alanıdır.


 

Bir önceki görsel aslında eksikti ve ikinci görselle tamamlanmış oldu. Dış elektrik alanın, büyüklüğü ölçüsünde şekillendirdiği yüzey yükleri, iletkenin içinde, dış elektrik alanla aynı büyüklükte fakat zıt yönlü bir elektrik alan oluştururlar. Aslında faraday kafesinin çalışma prensibini özetleyen sihirli cümle tam olarak budur!


 


 

Dolayısıyla iletkenin içinde net elektrik alan sıfırdır! İşte pratikte çokça faydası bulunan ve günlük yaşantımızda farkında olmadan sıkça karşılaştığımız faraday kafesinin ardındaki fizik budur. Görseldeki iletkenin içinde olduğunuz sürece dışarıdaki yüzbinlerce volt sizi ilgilendirmeyecektir. Fizik çalışıyor ona güvenebilirsiniz!

Kaynaklar
David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker  Fundementals of Physics.-8th Edition. 2007
David J. Griffiths  Introduction to Electrodynamics -3th Edition 1999
http://en.wikipedia.org/wiki/Faraday_cage
http://www.juliantrubin.com/bigten/faradaycageexperiments.html
http://www.pa.msu.edu/~duxbury/courses/phy294H/lectures/lecture6/lecture6.html

 

 

 
 

ElektroManyetik Radyasyona Karşı Koruma Kalkanlama Boyaları Kumaşları ve Ürünler

© 2010-2016 EMR KORUMA. All Rights Reserved.