Araba ve Uçaklara Yıldırım Düşerse Ne Olur? Faraday Kafesi Nedir?

Uçaklara ve arabalara da yıldırım düşebilir. Ancak yıldırım konusunda hemen endişe etmemize gerek yok. Çünkü hem uçak hem de arabalar aslında bir Faraday Kafesi sayesinde bizi korumaktadır. 

Dünyada, her saniye ortalama 100, bir günde ise yaklaşık 8 milyon yıldırım oluşmaktadır. 

Yıldırımın gerilim/voltaj değeri 10 ile 100 milyon volt aralığında değişmektedir.

Yıldırımların sıcaklığı 40 bin santigrat dereceye kadar çıkmaktadır. 

Yıldırımlar saniyede 150 bin km yani neredeyse ışık hızının yarısı bir hızla ilerlemektedir. 

Gökyüzünde seyreden uçakları, böylesine güçlü etkileri olan yıldırımlardan koruyan aslında basit bir fizik yasası olan Farday Kafesi'dir.

Faraday Kafesi

1836’da İngiliz bilim insanı olan Michael Faraday, elektrik yüklü iletkenin fazla yükünün sadece iletkenin dışında bulunduğunu ve iletkenin içindeki maddeyi etkilemediğini gözlemledi. 

Bu olayı ispatlamak için metal folyo ile kaplı bir oda (kafes) oluşturdu. Bu oda elektrostatik jeneratörle üretilen elektrik yüklerinin etkisini nötrleyebiliyordu. Bunun sonucunda aynı prensip ile üretilen Faraday kafesleri de bu deneye istinaden Faraday’ın adı ile anılır oldu.

Faraday kafesi elektrik alanına maruz kaldığında, buna tepki olarak yüzeyindeki eksi yüklü elektronlar hareket eder. Bu da kafesin bir yanının eksi, diğer yanının artı yüklü olmasına yol açar. Böylece kafeste, yüzeye etkiyen elektrik alanına zıt ve onu sıfırlayan bir elektrik alanı oluşur.

Faraday kafesinin özelliği, içine konan şeyin dışarıdan uygulanan elektriksel alandan etkilenmemesini sağlamasıdır. 

Bir otomobile yıldırım düşmesi durumunda işte bu nedenle aracın içinde oturuyorsanız güvenli olursunuz. 

Yıldırım esnasında araba içinde, uçak içinde veya iletken ile kaplı bir yerdeyseniz bir Faraday kafesi içinde olursunuz. 

Ancak aynı durum bir motosiklet ya da bisiklet kullanırken geçerli değildir. Bazı insanlar fırtınada motosiklet sürdüklerinde lastiklerin onları güvende tutacağını düşünür. Bu hatalı bir düşüncedir. Kauçuk gerçekten bir yalıtkandır, ancak bu yeterli değildir. 

Bir arabada lastiklerin yalıtkanlığı sonucunda değil, Faraday kafesi olarak adlandırılan metal gövde tarafından korunursunuz. Ancak bir motosiklette veya bisiklette böyle bir koruma yoktur.

Faraday kafesleri ayrıca radyo dalgalarına ve mikrodalgalara karşı da koruma sağlamaktadır. Bu özellik sayesinde, özellikle de elektromanyetik dalgaların sonuçları etkileyebildiği hassas bilimsel deneylerde Faraday kafesi oldukça yararlıdır.

Faraday Kafesi Nedir? Nasıl Yapılır? Kullanım Alanları Nelerdir?

Faraday Kafesi Nedir?

Faraday kafesi, iletken bir metal yüzey ile kaplanmış veya çok sayıda iletken birleştirilerek örümcek ağı biçiminde örülmüş olan ve bir cismi dışarıdaki elektrik alanlarından koruyan kafes biçimli bir muhafazadır.

Faraday kafesini oluşturan iletkenler mutlaka topraklanmalıdır. İletken ağların gözleri ne kadar sık ve toprakalama ne kadar iyi olursa koruma o denli güvenli olur, dışardaki elekriksel alan kafesin içerisine giremez. Aralıklar geniş olursa elektrik alanın içeriye sızması ihtimali vardır. Mesela yıldırımlar gibi statik elektrik boşalmaları iletkenlerden geçer ve içeri sıçramaz. Dış elektrik alanlar da içeri etki edemez.

1836 yılında İngiliz Fizikçi Michael Faraday’ın buluşu olduğu için “Faraday kafesi” diye adlandırılmıştır.

Faraday Kafesi Kullanım Alanları Nelerdir? 

1- Yanıcı parlayıcı maddelerin depolandığı binalarda :

Bu tip binaların dışı kafes şeklinde kaplanır. Binanın dışındaki yüksek noktalara sivri uçlu metaller yerleştirilir. Bütün iletkenler ve sivri metaller (yıldırım yakalama uçları) birbiriyle bağlanır ve topraklanır.

2- Radyo frekans yayan cihazlarda :

Bu tip cihazların konduğu kabinler cihaz çevreye parazit radyo sinyalleri yaymasın diye dış metal kılıfından topraklanır.

3- Telsizle haberleşmenin yapıldığı binalarda :

Bina içindeki telsiz haberleşme sinyallerinin dışarıya sızmasını ve dinlenmesini önlemek için bina dışına Faraday kafesi inşa edilir. 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.

4- Elektronik kartlarda bulunan radyo frekans modüllerde :

Radyo-televizyon tuneri, GSM alıcı verici devreleri gibi radyo frekans amaçlı modüller veya elektronik devre bölümleri, sac bir kapakla 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.

Ayrıca;

* Uçaklara sıklıkla yıldırım düşer ve biz bunu farketmeyiz çünkü uçağın alüminyum gövdesi faraday kafesi görevi görür ve yolcular hiçbir etki hissetmez.

* Arabanız da aslında bir faraday kafesidir. Arabanızın yakınlarına bir yıldırım düştüğünde sizi koruyan lastikler değil, arabanızın gövdesinin oluşturduğu faraday kafesidir.

* Mikrodalga fırınlar bir kafes içerisinde dalgaları yakalar ve yemeklerimizi ısıtır.

* Ekranlı kabloları parazitleri azaltarak net bir sinyal alınmasını sağlar.

* Tüm kritik binalar faraday kafesi ile kaplanır ve yıldırımın etkilerinden ve girişiminden binada bulunan elektronik elemanlar korunur. Data centerlar, labaratuarlar vs..

* Yanıcı ve patlayıcı maddelerin bulunduğu depolar/binalar faraday kafesi ile kaplanır.

* Askeri tesislerde telsiz haberleşmesinin yapıldığı kritik yerler faraday kafesi ile kaplanarak dışarı sızıntı engellenir.

* Hastanelerde ve özellikle MR Merkezlerinde hastanın sağlık sonuçlarının yanlış görüntülenmemesi için faraday kafesi kullanılır.