Gabbia di faraday e annessi
Ciao a tutti... Non sono sicuro che sia la sezione corretta per questa domanda ma provo
Ho letto su internet che gli aerei cosí come le macchine riescono a schermare ciò che sta all'esterno "grazie all'effetto gabbia di faraday"... Ora.. Per ciò che ne so io la gabbia di faraday è l'equivalente di uno schermo elettrostatico (anche il perche di questo non mi è molto chiaro) che quindi separa le condizioni di campo elettrico esterno da quello interno... Peró questo accade in elettrostatica.. Ma nel caso per esempio di un fulmine che colpisce la fusoliera di un'aereo questo non mi sembra un sistema congruente con l'elettrostatica... Per di piú il fulmine è una scarica elettrica.. Un oggetto che ne fosse colpito non dovrebbe caricarsi negativamente ? Quindi i miei dubbi sono due : qual'è il nesso tra schermo elettrostatico( conduttore cavo) e gabbia di faraday (rete metallica con cavità) e come il sistema elettrostatico dello schermo possa centrare con situazioni tipo fulmini su aerei etc... spero che qualcuno possa farmi una panoramica del problema . Grazie
Ho letto su internet che gli aerei cosí come le macchine riescono a schermare ciò che sta all'esterno "grazie all'effetto gabbia di faraday"... Ora.. Per ciò che ne so io la gabbia di faraday è l'equivalente di uno schermo elettrostatico (anche il perche di questo non mi è molto chiaro) che quindi separa le condizioni di campo elettrico esterno da quello interno... Peró questo accade in elettrostatica.. Ma nel caso per esempio di un fulmine che colpisce la fusoliera di un'aereo questo non mi sembra un sistema congruente con l'elettrostatica... Per di piú il fulmine è una scarica elettrica.. Un oggetto che ne fosse colpito non dovrebbe caricarsi negativamente ? Quindi i miei dubbi sono due : qual'è il nesso tra schermo elettrostatico( conduttore cavo) e gabbia di faraday (rete metallica con cavità) e come il sistema elettrostatico dello schermo possa centrare con situazioni tipo fulmini su aerei etc... spero che qualcuno possa farmi una panoramica del problema . Grazie
Risposte
premetto che mi hanno dato un assaggio di queste cose in fisica 2, ma sicuramente chi ha conoscenze più approfondite di me in elettromagnetismo ti saprà dare una risposta migliore.
lo schermo elettrostatico è un oggetto che permette di isolare una certa zona dello spazio dai campi elettrici esterni, come se questi fossero nulli in tale zona. questo si dimostra con poche mosse (se conosci gli integrali di linea posso spiegartelo, altrimenti accettalo come vero). in realtà anche se la superficie chiusa fatta di materiale conduttore è una gabbia (credo sia questo il motivo per cui si parla di gabbia di faraday), anzichè essere "piena", si hanno gli stessi effetti.
quando un fulmine colpisce la g. di f. questa si carica, ma la zona al suo interno si porta allo stesso potenziale della gabbia, per cui non c'è campo, infatti -grad V = E, quindi se V = costante ottieni E = 0.
lo schermo elettrostatico è un oggetto che permette di isolare una certa zona dello spazio dai campi elettrici esterni, come se questi fossero nulli in tale zona. questo si dimostra con poche mosse (se conosci gli integrali di linea posso spiegartelo, altrimenti accettalo come vero). in realtà anche se la superficie chiusa fatta di materiale conduttore è una gabbia (credo sia questo il motivo per cui si parla di gabbia di faraday), anzichè essere "piena", si hanno gli stessi effetti.
quando un fulmine colpisce la g. di f. questa si carica, ma la zona al suo interno si porta allo stesso potenziale della gabbia, per cui non c'è campo, infatti -grad V = E, quindi se V = costante ottieni E = 0.
Nell'ambito dei fenomeni dipendenti dal tempo, si spiega con l'effetto pelle. In parole povere, si dimostra che il campo penetra un materiale conduttore per uno spessore piuttosto "piccolo" dipendente dalla frequenza e dalle proprietà elettromagnetiche del conduttore medesimo.
Riguardo a quanto detto da enr87 .. Vorrei proprio capire perchè in realtà anche se la superficie conduttrice è una gabbia anziché un conduttore pieno .. Continuano a valere le stesse condizioni per lo schermo... Come lo si puó dimostrare? O anche soltanto concettualmente.. .. la dimostrazione per gli schermi elettrostatici l'ho vista ma quelli son "pieni" .
E poi c'è il secondo fatto... Anche se dimostriamo che la gabbia è uguale allo schermo ok rendiamo nullo il campo E dentro l'aereo/macchina/case ... Peró non dovrebbe caricarsi la superficie? Le case se nn sbaglio scaricano a terra.. Ma per il resto? Potrei in realtà andare avanti con altre domande.. Che mi interessano .. Capisco che a volte vado unpó fuori dagli argomenti che c vengono spiegati a lezione..ad esempio sempre restando in tema ... Come mai il fulmine non fonde la fusoliera? Voglio dire che per intensità di corrente per tensione e temperatura dovrebbero esserci tutte le condizioni per fondere la fusoliera di un'aereo ad esempio ...
Infine riguardo quanto detto da speculor.. Io ho visto l'effetto pelle riguardo le onde elettromagnetiche... Lo si puó estendere anche in altri ambiti?
In ogni caso grazie per l'attenzione
E poi c'è il secondo fatto... Anche se dimostriamo che la gabbia è uguale allo schermo ok rendiamo nullo il campo E dentro l'aereo/macchina/case ... Peró non dovrebbe caricarsi la superficie? Le case se nn sbaglio scaricano a terra.. Ma per il resto? Potrei in realtà andare avanti con altre domande.. Che mi interessano .. Capisco che a volte vado unpó fuori dagli argomenti che c vengono spiegati a lezione..ad esempio sempre restando in tema ... Come mai il fulmine non fonde la fusoliera? Voglio dire che per intensità di corrente per tensione e temperatura dovrebbero esserci tutte le condizioni per fondere la fusoliera di un'aereo ad esempio ...
Infine riguardo quanto detto da speculor.. Io ho visto l'effetto pelle riguardo le onde elettromagnetiche... Lo si puó estendere anche in altri ambiti?
In ogni caso grazie per l'attenzione
"Petruccioli":
Infine riguardo quanto detto da speculor.. Io ho visto l'effetto pelle riguardo le onde elettromagnetiche... Lo si puó estendere anche in altri ambiti?
Onestamente, non saprei in quale altro ambito collocarlo. Del resto, eventuali problemi possono verificarsi per l'effetto di sole $[4]$ forze:
1. Gravitazionale.
2. Nucleare forte.
3. Nucleare debole.
4. Elettromagnetica.
Io propenderei per la quarta. A parte gli scherzi, la trattazione matematica dei campi elettromagnetici dipendenti dal tempo è piuttosto complessa. Del resto, è argomento di uno degli esami più complessi di alcuni corsi di laurea. Io ho trovato molto materiale interessante anche in rete. In ogni modo, sono letture piuttosto pesanti.
la gabbia di faraday la accetti come fatto sperimentale, o almeno a me è stato spiegato così durante un laboratorio. credo che il livello di schermatura dipenda anche da come è fatta la maglia, comunque mi sembra che speculor sia un fisico: e chi meglio di un fisico potrebbe risponderti?
poi sul fatto che si carichi la superficie non ci vedo l'anomalia: la carica si trasferisce sul conduttore e sta sulla superficie esterna, non mi pare di aver detto il contrario.. infine sul perchè il fulmine non fonda la fusoliera non so risponderti, ma non mi sembra una domanda molto inerente all'elettrostatica. se momentaneamente si crea una corrente sufficientemente elevata, per effetto joule potresti avere una certa dispersione di calore, però non so dirti di che entità, e se l'eventuale fusione sia dovuta solo a questo fattore
poi sul fatto che si carichi la superficie non ci vedo l'anomalia: la carica si trasferisce sul conduttore e sta sulla superficie esterna, non mi pare di aver detto il contrario.. infine sul perchè il fulmine non fonda la fusoliera non so risponderti, ma non mi sembra una domanda molto inerente all'elettrostatica. se momentaneamente si crea una corrente sufficientemente elevata, per effetto joule potresti avere una certa dispersione di calore, però non so dirti di che entità, e se l'eventuale fusione sia dovuta solo a questo fattore
"enr87":
...comunque mi sembra che speculor sia un fisico...
Per la precisione, ho fatto Fisica ma non sono un fisico. In ogni modo, consiglierei le ultime battute di questa discussione: campo-elettrico-interno-ad-un-conduttore-t75108.html
A Monaco presso il Deutsch Museum si può vedere che un uomo all'interno di una gabbia sospesa e isolata bene da terra è sottoposto ad una scarica di migliaia di kV e dopo la prova esce indenne.
a parte la prova il problema è:
1) lo schermo della gabbia che tiene all'esterno la tensione
2) ad esempio se noi due siamo su una piattaforma metallica siamo allo stesso potenziale, se la piattaforma è isolata da terra e un fulmine colpisce la piattaforma, siamo tutte e due allo stesso potenziale anche se alto e quindi possiamo stringerci la mano che non succede niente, ma se stringiamo la mano con altra persona a terra..allora è finita per tutti..
3) riguardo alle case bisogna tener presente che perché circoli corrente bisogna che ci siano due punti a potenziale diverso e qui vediamo come: l'Enel ha il neutro a terra, noi in casa abbiamo sia il neutro a terra nella cabina e il filo di terra proprio, quindi quando nel terreno casca un fulmine tra i due riferimenti di terra Enel e casa si crea una d.d.p che sfora l'isolante (certi elettrodomestici tramite un filtro sono sempre connessi anche con interruttore aperto)
4) un guasto "che sembra strano" da spiegare è perché con i temporali si guasta il cordless? dove sono i due riferimenti di terra? uno è il neutro dell'ENEL, l'altro è presso la Telecom in centrale dove sulla coppia telefonica usano gli scaricatori di tensione che diventano riferimenti di terra e quindi..se la tensione supera l'isolamento si ha il guasto anche in questo caso
questo è un esempio dove gli scaricatori di sovratensione invece di salvare l'apparecchiatura, creano il presupposto per il guasto: che fare? isolare ed eliminare i riferimenti a terra, quando si può..a parte che isolare significa anche spendere..!
4) la fusoliera non fonde..è solo questione di innalzamento del valore di tensione, corrente non ce nè ..occorre sempre due punti a potenziale diverso per far circolare corrente
PS: per enr87 gradirei esposizione dell'integrale di linea, magari senza tralasciare i passaggi..mi son fermato al primo anno di Ingegneria
PS:PS: per una breve mia trattazione sui problemi dei riferimenti a terra e conseguenti guasti vedi qui a questo link:
http://img843.imageshack.us/img843/7690 ... filtro.pdf
a parte la prova il problema è:
1) lo schermo della gabbia che tiene all'esterno la tensione
2) ad esempio se noi due siamo su una piattaforma metallica siamo allo stesso potenziale, se la piattaforma è isolata da terra e un fulmine colpisce la piattaforma, siamo tutte e due allo stesso potenziale anche se alto e quindi possiamo stringerci la mano che non succede niente, ma se stringiamo la mano con altra persona a terra..allora è finita per tutti..
3) riguardo alle case bisogna tener presente che perché circoli corrente bisogna che ci siano due punti a potenziale diverso e qui vediamo come: l'Enel ha il neutro a terra, noi in casa abbiamo sia il neutro a terra nella cabina e il filo di terra proprio, quindi quando nel terreno casca un fulmine tra i due riferimenti di terra Enel e casa si crea una d.d.p che sfora l'isolante (certi elettrodomestici tramite un filtro sono sempre connessi anche con interruttore aperto)
4) un guasto "che sembra strano" da spiegare è perché con i temporali si guasta il cordless? dove sono i due riferimenti di terra? uno è il neutro dell'ENEL, l'altro è presso la Telecom in centrale dove sulla coppia telefonica usano gli scaricatori di tensione che diventano riferimenti di terra e quindi..se la tensione supera l'isolamento si ha il guasto anche in questo caso
questo è un esempio dove gli scaricatori di sovratensione invece di salvare l'apparecchiatura, creano il presupposto per il guasto: che fare? isolare ed eliminare i riferimenti a terra, quando si può..a parte che isolare significa anche spendere..!
4) la fusoliera non fonde..è solo questione di innalzamento del valore di tensione, corrente non ce nè ..occorre sempre due punti a potenziale diverso per far circolare corrente
PS: per enr87 gradirei esposizione dell'integrale di linea, magari senza tralasciare i passaggi..mi son fermato al primo anno di Ingegneria
PS:PS: per una breve mia trattazione sui problemi dei riferimenti a terra e conseguenti guasti vedi qui a questo link:
http://img843.imageshack.us/img843/7690 ... filtro.pdf
"clauscc78":
4) la fusoliera non fonde..è solo questione di innalzamento del valore di tensione, corrente non ce nè ..occorre sempre due punti a potenziale diverso per far circolare corrente
a me hanno spiegato che ci sono dei campi elettrici temporanei che poi si annullano (fino a quando il conduttore torna in condizioni di equilibrio), ne deduco che ci sia anche una corrente, altrimenti non si spiega come le cariche si possano redistribuire
"clauscc78":
PS: per enr87 gradirei esposizione dell'integrale di linea, magari senza tralasciare i passaggi..mi son fermato al primo anno di Ingegneria
gli integrali di linea sono parte del programma di analisi 2 (quindi l'argomento non si può esaurire in poche righe di un post), conoscerli è propedeutico per capire la dimostrazione del campo elettrico che ho citato sopra. a te interessano gli integrali di linea, la dimostrazione sopra o entrambi?
@ enr87
solo la dimostrazione di cui sopra
grazie
claudio
solo la dimostrazione di cui sopra
grazie
claudio
"clauscc78":
@ enr87
solo la dimostrazione di cui sopra
grazie
claudio
PS: l'uomo nell'esperimento di Monaco era all'interno della gabbia, ma appoggiava solo i piedi all'interno della gabbia, la gabbia era sospesa in aria, quindi per la persona, non c'era trasporto di cariche, che restavano all'esterno: in effetti in caso di temporale, si è al sicuro all'interno dell'auto e non fuori, "inscatolati in pratica".
allora immagina di avere un conduttore cavo, naturalmente senza cariche nella cavità, e supponi per assurdo che all'interno di tale cavità ci sia un campo E non nullo. sappiamo che E statico è conservativo, per cui deve valere la relazione $oint = 0$ lungo qualunque percorso chiuso. dalla nostra ipotesi discende che, lungo una curva $gamma_1$ di estremi A e B che attraversi la cavità, in generale si avrà $int_{gamma_1} ne 0$. ora per chiudere il percorso tracciamo una curva $gamma_2$ che passi nel conduttore e congiunga gli estremi B ed A. ma $int_{gamma_2} = 0$ perchè il conduttore è isolato e dunque il campo è nullo al suo interno. giungiamo allora alla conclusione assurda per cui abbiamo che la circuitazione di E dovrebbe essere diversa da 0. finiamo dicendo che E nella cavità deve essere nullo
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