Poznejte tajemství Faradayovy klece
Termín Faradayova klec jste nejspíš zaslechli při hodinách fyziky. Určitě víte, že pokud do auta uhodí blesk, pasažérům se nic nestane – samozřejmě pokud leknutím nestrhnou řízení mimo vozovku. Zásah auta bleskem je jeden z nejznámějších příkladů tohoto jevu v praxi. Pojďte si připomenout školní látku, která vás zavede až do 30. let 19. století a zjistěte, k čemu Faradayova klec slouží dnes.
Princip působení elektrického náboje
Právě v 30. letech 19. století pracoval anglický fyzik a chemik Michael Faraday na přelomovém objevu, který později získal jeho jméno. Faraday tehdy jako první názorně demonstroval, že elektrický náboj je koncentrován jen na povrchu vodiče, nikoliv v celém jeho objemu. Tím pádem uvnitř tohoto vodiče nepůsobí žádné elektrické ani elektromagnetické pole. Často se můžeme setkat také s termínem stínění elektromagnetického pole.
Faraday nebyl prvním, kdo tento jev objevil. Na jeho důsledky naráželi ve svých výzkumech Benjamin Franklin nebo francouzský fyzik Jean-Antoine Nollet téměř o sto let dříve než anglický fyzik. Nicméně důkladný popis a demonstraci tohoto fenoménu zajistil až Faraday, a tak získal k objevu prvenství.
Faraday svůj objev demonstroval odvážným způsobem
Faraday během svého bádání sestrojil velkou krychli z měděného drátu. Tento objekt s délkou hrany kolem tří metrů nabil elektrickým nábojem. Pak pomocí železné kuličky na niti měřil rozložení náboje uvnitř a vně této krychle. Závěr byl jasný – elektrický náboj je pouze zvenčí, zatímco uvnitř vzniká elektrický stín, kam náboj za určitých podmínek nepronikne.
Faraday nebyl jen skvělý vědec, ale také schopný popularizátor fyziky, takže tohoto jevu využíval při svých odvážných přednáškách. Při jedné veřejné prezentaci postavil dřevěný rám ve tvaru krychle, který pokryl vodivým materiálem. Zatímco sám seděl uvnitř tohoto rámu, nechal konstrukci nabíjet, až z ní létaly jiskry. Tím potvrdil platnost svého objevu. Nepocítil žádný důsledek působení elektrického pole, ani uvnitř nenaměřil žádný náboj.
Faradayova klec v praxi – nejen pro tajné agenty
V dnešní době je princip Faradayovy klece využívaný zejména v oblastech, kde je nutné chránit osoby nebo zařízení před elektromagnetickým polem, případně rádiovými vlnami. Samotný Faraday by byl možná překvapen, kdyby zjistil, že jeho objev dnes hraje velmi důležitou roli i v bezpečnostní problematice – konkrétně při ochraně před únikem informací.
Na principu Faradayovy klece se totiž vyrábí speciální stíněná, nepropustná pouzdra na mobilní telefon. Ta odpojí mobil od všech používaných mobilních, datových a navigačních sítí. Telefon v pouzdře ztratí signál, nepřipojí se k družicovým polohovým systémům a nepřenáší bezdrátová data. Podobné vychytávky se často využívají při obavách z odposlechu.
Odložte svůj mobil do ledničky, prosím
Na tomto místě se nabízí namítnout, že stejnou službu vykoná jednoduché a rozhodně levnější vyndání baterie z telefonu. Do určité míry je to pravda, nicméně nesmíme zapomenout na to, že některé mobilní telefony vyjmutí akumulátoru prostě neumožňují. Navíc údajně existují sofistikované viry, které jsou schopny telefon využít ke sledování, i když je na první pohled vypnutý.
Podobný efekt odstínění zajistí jakýkoliv kovový box, například trezor. Edward Snowden prý za tímto účelem vyzýval návštěvníky v hotelovém pokoji, aby odložili své mobily do miniledničky.
Princip využívá i zdravotnický průmysl
Stejně tak je možné na principu Faradayovy kleci vybudovat kompletní odstíněnou kancelář, kterou lze používat například jako zasedací místnost. Podobné stíněné komory jsou využívány nejen v rámci ochrany proti odposlechu, ale i v dalších odvětvích. Setkat se s nimi můžeme například při ochraně datových center před silnými elektrickými výboji nebo na vědecko-výzkumných pracovištích, kde je třeba vyloučit nežádoucí elektromagnetické pole při provádění citlivých měření. Elektromagneticky inertní prostředí je zapotřebí rovněž ve zdravotnickém průmyslu a diagnostice.
Nejznámější příklad: auto a blesk
Velkou oklikou se dostáváme zpět k pravděpodobně nejznámějšímu příkladu, který je v souvislosti s Faradayovou klecí uváděn. Do automobilu uhodí blesk, ale posádka vozu vše přečká bez úhony. Jev v tomto případě funguje, protože auto má kovovou, tedy vodivou karoserii. Blesk sjede po vnější straně karoserie a lidem uvnitř auta se nic nestane. Pasažéři by však mohli přijít k úrazu, pokud bych se v tu chvíli rukou dotýkali nějaké kovové části auta.
Podobný zážitek si můžou odnést i cestující z paluby letadla – blesk v tomto případě sjede po kovovém plášti a dovnitř nijak nepronikne. Právě u letadel se nejedná o žádný nezvyklý jev, standardní dopravní letadlo má v průměru jeden zásah blesku ročně. Na druhou stranu je velice pravděpodobné, že si toho při letu vůbec nevšimnete a víc vás budou znepokojovat turbulence, které bouřku obvykle doprovází.
Vyzkoušejte Faradayovu klec na vlastní kůži
Pokud vás blesky fascinují a rádi byste si Faradayovu klec někdy vyzkoušeli na vlastní kůži, máme pro vás dobrou zprávu – je to možné. Nechat do sebe uhodit blesk můžete například na dnech otevřených dveří v EGU–HV Laboratory v pražských Běchovicích. V minulém roce tady technici zájemce seznámili s nejzajímavějšími vynálezy slavných fyziků a mohli si prohlédnout zajímavé pokusy s elektřinou. Ti nejodvážnější pak vyzkoušeli přímo Faradayovu klec. Další odvážlivci se mohli přesvědčit o tom, že na stejném principu fungují i jiné objekty, a nechali do sebe udeřit blesk na sedadlech zavřeného auta.
Faradayovu klec je možné také zapůjčit na různé akce. Takovou možnost nabízí například High Voltage Magic. Klec lze navíc objednat buď samostatně, a nebo i se zajímavým scénickým vystoupením, které je přímo nabité elektrizujícími triky.
Do Faradayovy klece se však můžete dostat i jinak, nevědomky – ve Fakultní nemocnici u sv. Anny v Brně ji používají pro výzkum velmi citlivých signálů, které generuje lidské tělo. Pracoviště s odstíněním od elektromagnetického vlnění pomáhá například při lokalizaci epileptického ohniska v mozku pacientů.
Faraday objevil také indukci a elektrolýzu
Michael Faraday miloval experimenty a díky tomu přispěl světu řadou dalších objevů. Zásadní bylo právě důkladné popsání elektromagnetismu. Už v roce 1821 zjistil, že elektrický proud procházející vodičem může vyvolat magnetické pole a o deset let později dokázal, že funguje i opak – působením magnetu vzniká elektrický proud – a tím popsal princip elektromagnetické indukce. Spoustu objevů učinil rovněž na poli chemie a na pomezí fyziky a chemie – to je případ elektrolýzy. Odborné názvosloví rozšířil o pojmy anoda, katoda, elektroda a ion.
