Background

Une cage Faraday est un récipient fait de matériaux conducteurs, tels que des treillis métalliques ou des plaques métalliques, qui protège ce qu’elle renferme des champs électriques externes. Dans nos expériences, une cage de Faraday peut être utilisée pour empêcher les interférences électromagnétiques externes (EMI, ou bruit) d’interférer avec nos enregistrements neuronaux. Comme vous le savez, les signaux neuronaux que nous enregistrons sont très petits (de l’ordre des micro-volts), et nous utilisons nos Spikerboxes pour amplifier ces petits signaux à une amplitude suffisamment grande pour que nous puissions les entendre et les enregistrer., Selon notre environnement, cependant, il peut y avoir des émissions électromagnétiques, radio, micro-ondes ou d’autres types d’émissions invisibles qui peuvent voyager dans l’air et interagir avec les aiguilles métalliques et le fil que nous utilisons comme électrodes. Le métal propage ensuite le signal sonore comme une antenne dans nos enregistrements neuronaux, interférant ou même Noyant nos enregistrements de sorte que tout ce que nous entendons, dans le pire des cas, est une station de radio! Une cage de Faraday peut alors être utilisée pour bloquer plusieurs de ces sources de bruit.,

La cage de Faraday porte le nom du scientifique des années 1800 Michael Faraday, mais pour apprendre comment fonctionne la cage, nous commençons par un autre scientifique célèbre, Charles-Augustin de Coulomb. Coulomb a beaucoup travaillé sur la dynamique des particules chargées et les champs électriques qu’elles génèrent. Coulomb a déterminé que le champ électrique, « E », à un rayon « r » éloigné d’une charge ponctuelle stationnaire, « Q », pouvait être calculé par cette équation:

où ε0 est la permittivité de l’espace libre et er est le vecteur unitaire radial., Si vous ne comprenez pas les mathématiques (vous le ferez un jour), cela signifie que l’intensité du champ électrique diminue plus vous vous éloignez d’une source électrique. Si vous conduisez sur une autoroute et remarquez une station de radio qui s’estompe, par exemple, c’est parce que vous vous éloignez de la grande tour de l’émetteur radio.

l’avantage est que cette loi nous donne les bases d’une relation mathématique qui relie les champs de charge et électriques dans un volume fixe de l’espace., Une cage de Faraday renferme un tel volume d’espace fixe, et, si la cage est faite d’un matériau conducteur, la caractéristique déterminante de la cage est qu’elle empêche les charges externes d’induire des champs électriques à l’intérieur de ce volume. Voici deux des principales règles qui régissent cet effet de barrière:

  1. La Loi de Coulomb exige que les charges dans un conducteur à l’équilibre soient aussi éloignées que possible, et donc que la charge électrique nette d’un conducteur réside entièrement à sa surface.,
  2. tout champ électrique net à l’intérieur du conducteur ferait bouger la charge car elle est abondante et mobile, mais l’équilibre exige que la force nette à l’intérieur du conducteur soit égale à zéro. Ainsi, le champ électrique à l’intérieur du conducteur est nul.

La règle 2 nous dit que le champ électrique à l’intérieur du conducteur à l’équilibre est nul, et la règle 1 nous dit que la charge du conducteur se trouvera entièrement à la surface (limite)., En d’autres termes, la surface du volume conducteur devient une barrière où les charges se déplacent vers et autour de la surface pour générer des champs exactement opposés à toute charge qui cherche à traverser la frontière, maintenant ainsi un intérieur exempt d’interférences électriques externes.

Faraday l’a démontré pour la première fois dans une célèbre expérience de seau à glace et de sphère métallique. Faraday a abaissé une boule de métal chargée d’électricité statique dans un seau en métal soutenu par une chaise en bois qui isolait le seau du sol., Lorsque la bille chargée a été abaissée dans le godet sans toucher le godet, les charges à la surface du godet sont redistribuées par induction électrostatique. Ce concept est devenu connu sous le nom de principe de la cage de Faraday que vous étudiez aujourd’hui.

ci-dessous, nous examinerons les effets de la cage de Faraday sur diverses conditions lors de l’enregistrement neuronal avec la SpikerBox, ainsi qu’une expérience facile que vous pouvez faire à la maison. Voici une vidéo expliquant une façon très simple de construire et d’utiliser une Cage Faraday.,

vidéo

procédure

construction de la Cage Faraday

notez que nous vendons également des Cages Faraday pré-fabriquées si vous ne voulez pas visiter la quincaillerie.

  1. mesurez un rectangle de 8 x 16 pouces de treillis métallique
  2. découpez le rectangle avec des ciseaux robustes
  3. mesurez et coupez cinq longueurs de 8 pouces de bandes de bois
  4. déroulez soigneusement le rectangle de treillis métallique de sorte qu’il soit plat
  5. commencez à agrafer le treillis métallique à travers
  6. agrafer la deuxième bande 5.,5 pouces à partir de la première bande, encore une fois en longueur sur la maille
  7. agrafer la troisième bande à 2,5 pouces de la deuxième bande
  8. agrafer la quatrième bande 5.,5 pouces de distance de la troisième bande
  9. agrafez la cinquième bande à l’extrémité de la maille
  10. Les bandes de bois sont des accolades, donc après les avoir agrafées en place, pliez la maille à chaque bande pour former une boîte rectangulaire

utilisation de la Cage Faraday pour pointes
  1. mettre en place une préparation d’enregistrement de jambe de cafard standard comme décrit dans L’Expérience 1
  2. créer un environnement bruyant en accrochant un ordinateur portable à une prise murale et en allumant un fer à souder ou autre appareil haute puissance. Placez votre SpikerBox par ces appareils électroniques, et allumez également toutes les lumières fluorescentes dans la pièce., Enregistrez vos observations sur le niveau de bruit par rapport au niveau du signal neuronal.
  3. fixez une pince crocodile au sol (à l’extérieur du connecteur RCA) sur la Spikerbox.
  4. Placez votre Spikerbox dans votre cage Faraday, cage ouverte. Enregistrez vos observations sur le niveau de bruit par rapport au niveau du signal neuronal.
  5. fermez votre cage Faraday mais ne connectez pas la pince crocodile à quoi que ce soit. Enregistrez vos observations sur le niveau de bruit par rapport au niveau de signal neuronal
  6. Connectez votre câble alligator au maillage de l’écran de la cage. Enregistrez vos observations sur le niveau de bruit vs., niveau de signal neuronal
utilisation de la Cage de Faraday sur les téléphones cellulaires

Les fours à micro-ondes sont des exemples de cages de Faraday, car ils sont destinés à empêcher le rayonnement utilisé pour cuire les aliments de s’échapper dans l’environnement. Le papier d’aluminium est un matériau conducteur, qui peut également être utilisé pour créer une cage de Faraday rapide et impromptue (demandez simplement à votre neuroscientifique de quartier).

  1. Appel de votre téléphone portable et assurez-vous qu’il sonne (c’est votre contrôle).
  2. Ensuite, prenez votre téléphone et le mettre dans un (éteint!) four à micro-ondes.
  3. appelez le téléphone portable à partir d’un autre téléphone., Est-il sonner?
  4. Ensuite, ouvrez la porte du micro-ondes et composez le numéro de téléphone de votre maison sur le téléphone portable. Dès que vous appuyez sur « Envoyer », fermez rapidement la porte du micro-ondes. Est-ce que votre maison de la sonnerie du téléphone?
  5. enfin, enveloppez le téléphone portable dans une feuille d’aluminium. Appelez à nouveau le portable? Est-il sonner?

questions de Discussion

  1. Que pensez-vous qu’une cage de Faraday ferait à un signal électromagnétique provenant de l’intérieur de la cage? Quelqu’un en dehors de la Cage de Faraday pourrait-il recevoir ce signal?
  2. Où serait l’endroit parfait pour faire un enregistrement?,
  3. Que pensez-vous qu’il se passerait si vous utilisiez un fil de poulet à grand trou au lieu d’un treillis métallique à petit trou pour votre Cage Faraday?
  4. pourquoi pensez-vous que le bruit du téléphone portable interfère toujours avec la SpikerBox même si les trous dans notre Cage de Faraday sont plus petits que les 1.4 cm que nous avons calculés?

Extra (soumis par l’utilisateur)