Çoğumuz uçağa binmekten korkarız. Üstelik hava fırtınalı ise bu daha da ürkütücü bir fikir haline gelir. Aynı korku fırtınalı bir havada araba ile sürüş halindeyken de geçerlidir. Öncelikle evet, uçaklara, arabalara yıldırım düşer. Ancak hemen endişe etmenize gerek yok. Çünkü hem uçak hem de aracınızda sizi aslında bir Faraday Kafesi korumaktadır.
Yıldırım bir uçağa ya da arabaya çarptığında ne olur?
Dünyada, her saniye ortalama 100, bir günde ise yaklaşık 8 milyon yıldırım oluşuyor. Voltaj değeri 10 ile 100 milyon volt aralığında değişen yıldırımların sıcaklığı 40 bin santigrat dereceye kadar çıkıyor. Yıldırımlar saniyede 150 bin km yani neredeyse ışık hızının yarısı hızla ilerliyor. Ve aslında az evvel dediğimiz gibi uçuş esnasında uçaklara şimşek çarpıyor.
Bu cümle aslında oldukça ürkütücü. Bu durumda birçok kişi bir uçağın anında alevler içinde kalacağını ve düşeceğini varsayar. Ancak çoğu zaman yıldırımın beklendiği kadar ciddi bir etkisi olmaz. Bir uçak yıldırım çarpmasından sonra bile normal şekilde çalışmaya devam eder. Gökyüzünde seyreden uçakları, böylesine güçlü etkileri olan yıldırımlardan koruyan aslında basit bir fizik yasası…
Öncelikle şunu hatırlayalım. Bir uçak, içindeki insanların güvenliğinden ödün vermeden, herhangi bir zamanda, herhangi bir yerde güçlü yıldırımlara dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Bir şimşek muazzam miktarda enerji içerebilir. Uçakların gövdesi büyük ölçüde alüminyumdan ve elektriği iyi ileten diğer metallerden oluşur. Bu nedenle aslında bir uçak içindeki insanların mutlak güvenliğini sağlayan, bir tür Faraday kafesi halindedir.
Benzer bir durum arabamız içinde geçerlidir. Çoğu kişi arabaları yıldırım çarpmasından koruyan şeyin lastik tekerlekler olduğunu düşünür. Ancak aslında bu koruma otomobilin metalik çerçevesidir. Özünde, içinde oturduğunuz araba da bir çeşit Faraday kafesidir. ( Arabanın üstü açık ise elbette bu durum söz konusu değildir.)
Faraday Kafesi Nedir?
1836’da İngiliz bilim insanı Michael Faraday, 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) yarattı. Bu oda elektrostatik jeneratörle üretilen yüklerin etkisini nötrleyebiliyordu. Devamında 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.
Ortadaki görsel: Elektrik alanına maruz kalınca – Bu örnekte elektronlar sola gidiyor ve kafesin bu kısmında eksi yük oluşturuyor. Sağ kısım ise artı yüklü hale geliyor.
Sağdaki görsel: Dengeli yükler kutu boyunca harici elektrik alanını engelleyen bir zıt elektrik alanı yaratıyor ve böylece kafesin içi nötrleşiyor.
Faraday Kafesi Ne İşe Yarar?
Faraday kafesinin özelliği, içine konan şeyin dışarıdan uygulanan elektriksel alandan etkilenmemesini sağlamasıdır. 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 (yani elektrik, içinden zorlukla geçer), ancak bu yeterli değildir. Bir arabada lastikler nedeniyle değil, metal gövde tarafından korunursunuz. Ancak bir motosiklette veya bisiklette böyle bir koruma yoktur.
Faraday kafeslerinin uygulamaları çok çeşitlidir. Aslında, modern elektronik donanımımızın çoğu, tasarımlarına bu korumayı dahil etmemiş olsaydı, düzgün bir şekilde çalışmayabilirdi. Faraday kafesleri, harici elektromanyetik radyasyona ve elektrik boşalmasına karşı korumanın yanı sıra, elektronik cihazların performansını engelleyebilecek elektromanyetik gürültüyü de engeller. Kafes her şeyi hem dışarıda hem de içeride tutar. Bu nedenle, dahili bileşenlerden yayılan elektromanyetik enerjinin kaçmasını önlemek istediğinizde de Faraday kafesi de yararlı olur.
Örneğin, Faraday kafesinin en iyi örneği mutfağınızın içindedir. Mikrodalga fırınlar, fırın içindeki mikrodalgaların çevreye sızmasını önleyen metal bir kabuğa sahiptir. Hastanelerde de Faraday kafesi karşımıza çıkar. Bir MRI odası korumalı olmak zorundadır. Aksi takdirde harici elektromanyetik alanlar tanı görüntülerini bozacaktır. Bunun içinde tahmin ettiğiniz gibi bir kere daha Faraday kafesinden faydalanılır.
Göz Atmak İsterseniz
Kaynaklar ve İleri okumalar:
- How Faraday Cages Work; Yayınlanma tarihi: 16 Nisan 2021; Bağlantı: https://science.howstuffworks.com/
- What happens when lightning strikes an airplane? Yayınlanma tarihi: 14 Ağustos 2006; Bağlantı: https://www.scientificamerican.com
- What is a Faraday cage and how does it work; yayınlanma tarihi: 10 Kasım 2021; Bağlantı: https://www.zmescience.com/
Matematiksel
