Uçağa yıldırım çarpması sanıldığı kadar nadir değildir. Bir uçak ortalama her 1.000 uçuş saatinde bir kez yıldırım çarpmasına maruz kalıyor. Aynı anda gökyüzünde yaklaşık 10.000 uçak bulunduğu düşünülürse, bir uçağa yıldırım isabet etmesi oldukça olası bir durum. Yine de havacılık tarihinde bugüne kadar yıldırım kaynaklı tek bir ölüm ya da büyük bir kaza yaşanmadı. Bunu da fizik kurallarına borçluyuz.
Uçağa yıldırım çarpması denince, birçok kişi uçağın anında alev alacağını ve düşeceğini düşünür. Oysa çoğu durumda yıldırım, sanıldığı kadar büyük bir tehlike yaratmaz. Bir uçak, yıldırım çarpmasına rağmen genellikle hiçbir sorun yaşamadan uçuşuna devam eder.
Gökyüzünde seyreden bu dev metal araçları yıldırım gibi güçlü bir doğa olayından koruyan şey, aslında oldukça basit bir fizik ilkesidir. Bu ilke, Faraday kafesiyle ilgilidir.
Bir uçağa yıldırım çarpması anında ne olur?
Uçağa yıldırım çarptığında, yolcular ve mürettebat bir ışık parlaması görebilir ve yüksek bir ses duyabilir. Ancak, uçakların ve hassas sistemlerinin yıldırıma karşı özel olarak tasarlanmış koruma sistemleri sayesinde ciddi bir durum yaşanmaz.
Bir uçağın gövdesi, tamamen alüminyumla kaplanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu sayede yıldırım çarpması durumunda elektrik akımı yalnızca uçağın dış yüzeyinden geçer ve genellikle kuyruk bölümünden dışarı çıkar. Böylece, uçağın iç kısmı elektrik yükünden korunmuş olur. Bu yapı, uçağı devasa bir Faraday kafesi hâline getirir.
Faraday Kafesi Nedir?
Faraday kafesi, ya da diğer adıyla Faraday kalkanı, elektromanyetik alanlara karşı koruma sağlayan iletken bir muhafazadır. Bu yapı, dışarıdan gelen elektrik yüklerini yüzeyde yeniden dağıtarak, iç kısmı bu alanların etkisinden izole eder. Yani elektriksel alanın etkisi, kafesin içinde sıfırlanır.
Bu kavram ve arkasındaki fiziksel ilke, ilk kez 1836 yılında İngiliz bilim insanı Michael Faraday tarafından deneysel olarak gösterilmiştir. Faraday, 19. yüzyılın başlarında elektromanyetizma anlayışımıza büyük katkı sağlayan birçok deney gerçekleştirdi. İngiliz fizikçi ve kimyager, manyetik alanın elektrik akımı ürettiğini ilk kez gösteren kişidir. Ayrıca manyetizmanın ışık üzerindeki etkisini keşfetmiş, ilk elektrik motorunu ve dinamoyu icat etmiştir.
Bu deneylerden birinde Faraday, bir iletkenin yalnızca yüzeyinde elektrik yükü taşıdığını, iç kısmının ise bu durumdan hiç etkilenmediğini fark etti. Faraday, bu olguyu daha büyük ölçekte incelemeye karar verdi.
Bu amaçla, bir odanın tüm duvarlarını metal folyo ile kapladı ve elektrostatik bir jeneratör kullanarak yüksek voltajlı bir akımı odanın dış yüzeyine verdi. Daha sonra, elektrik yükünü tespit edebilen bir cihaz olan elektroskop ile ölçüm yaptı. Faraday, sadece duvarların elektrik yüklendiğini, odanın iç kısmında ise hiçbir elektriksel yük bulunmadığını gösterdi.
Bu deneyler, elektromanyetizmanın temel ilkelerinden birini doğrulamış oldu. Bir iletkenden geçen elektrik yükü yalnızca dış yüzeyde yer alır. Daha sonra alan teorisiyle yapılan gelişmeler, bu gözlemlerin fiziksel temelini daha ayrıntılı biçimde açıkladı. Buna göre, iletken boyunca akan yükler yüzeye doğru yeniden dağılacaktır. Bu da iletkenin iç kısmında net elektrostatik alanın sıfır olmasına yol açar.
Bu durum bizi Faraday kafesi kavramına götürür. Faraday kafesi, içindeki her şeyi dışarıdan gelen elektrik yüküne veya radyasyona karşı koruyan boş bir iletken gibidir. Elektrik yükünü kalkanın dış yüzeyine dağıtarak içerideki yüklerin etkisini ortadan kaldırır. Bu kalkan aynı zamanda radyo dalgaları ve mikrodalgalara karşı da koruma sağlar.
Faraday Kafesi Ne İşe Yarar?
Faraday kafesleri, günümüzde birçok alanda aktif olarak kullanılmaktadır. Modern elektronik cihazların çoğu, iç yapılarında yer alan bu koruyucu sistemler sayesinde güvenli ve stabil biçimde çalışır.
Bu yapılar yalnızca dışarıdan gelen elektromanyetik radyasyon ve ani elektrik boşalmalarına karşı koruma sağlamakla kalmaz. Aynı zamanda cihazın kendi içinden yayılan elektromanyetik parazitleri de sınırlar. Böylece hem dış etkilere karşı direnç oluşturur hem de cihazın çevresine yayılabilecek sinyalleri kontrol altına alır.
Faraday kafesine verilebilecek en iyi örneklerden biri, mutfağınızda bulunur: mikrodalga fırın. Mikrodalga fırınlar, içindeki mikrodalgaların dışarı sızmasını önleyen metal bir gövdeye sahiptir. Hastanelerde, MR (manyetik rezonans) cihazlarının bulunduğu odalar da Faraday kafesiyle kaplanır. Bu sayede, dışarıdan gelen elektromanyetik alanlar görüntüleme sonuçlarını bozmaz. Bu sayede cihaz, insan vücudundaki dokuları net bir şekilde tarar.
Sonuç olarak,
Uçakla seyahat ederken yıldırım çarpmasından korkmanıza gerek yoktur. Faraday kafesi prensibi sayesinde uçaklar, bu tür doğa olaylarına karşı güvenli hâle getirilmiştir.
Yine de, yıldırım riski yüksek olan hava koşullarında bu sistemin dayanıklılığını bilerek test etmeye çalışmak elbette önerilmez. Güvenli tasarım, öngörülemeyen durumlara karşı koruma sağlar; ancak en iyi koruma her zaman tedbirdir.
Kaynaklar ve İleri okumalar:
- What happens when lightning strikes an airplane? Kaynak site: Scientific American. Yayınlanma tarihi: 14 Ağustos 2006; Bağlantı: What happens when lightning strikes an airplane
- What is a Faraday cage and how does it work. Kaynak site: ZME Science. Yayınlanma tarihi: 10 Kasım 2021. Bağlantı: What is a Faraday cage and how does it work/
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
