Présentation de la cage de Faraday

Résumé du document

Faraday (1791-1867) physicien et chimiste britannique connu pour ses travaux fondamentaux en électrochimie et en électromagnétisme. Elu à la Royal Society en 1824. Donne son nom au Farad, unité du système international de la capacité électrique.
Apporte de nombreuses avancées dans le domaine de la chimie et de l'électrochimie (découverte de nouvelles substances + introduit les termes d'anions, cation, ion, etc.) avant de se passionner pour la physique.

1821 découverte de l'électromagnétisme par le danois Ørsted. Dès 1831, Faraday commence des expériences sur l'induction électromagnétique. Au cours de son travail sur le courant continu et l'électrostatique, met en évidence le principe du « blindage » utilisé dans la cage de Faraday.

[...] En 1788, Coulomb affirme que dans les corps conducteurs le fluide électrique se répand à la surface des corps et non à l'intérieur. Cette théorie est attestée par l'expérience des « hémisphères de Cavendish ». Prenons une sphère de laiton et deux hémisphères. La sphère est électrisée. On enveloppe la sphère avec les deux hémisphères. On les retire et les hémisphères sont alors électrisés contrairement à la sphère.
Cela montre alors que l'électricité ne concerne que la surface des corps conducteurs et c'est l'un des principes qui sont à la base de la cage de Faraday.

[...] Lorsqu'on électrise un conducteur creux ou plein, les charges électriques se répartissent uniquement sur la surface extérieure pour minimiser leur énergie due à la répulsion électrostatique. Les électrons constituant la charge vont se répartir autour de la cage, car leur charge négative va les repousser les uns des autres. Un objet situé au centre de la cage ne sera pas traversé par le courant car les électrons seront repoussés en périphérie de la cage. La surface intérieure n'est donc pas électrisée (...)

Extraits

[...] automobiles Une carrosserie métallique et fermée assure une bonne protection contre la foudre en agissant comme une cage de faraday. Si la carrosserie est composée de métaux conducteurs, le courant est donc conduit jusqu'à la terre sans que les passagers ne soient touchés. Lorsque la carrosserie remplit sa tâche, cela pose quelques problèmes, comme la réception des ondes radio. Les ondes radio (électromagnétiques) ne traversent pas les cages de Faraday, ce qui empêche de faire fonctionner correctement, à l'intérieur d'une automobile, des récepteurs ou des émetteurs (autoradios, téléphones portables). [...]

[...] Les bacs sont assemblés à l'aide de boulons et les panneaux avec de l'acier. Cage architecturale en cuivre Il s'agit de feuilles de cuivre de 2 ou 3 dixièmes de mm. Les plaques de cuivre s'appliquent directement sur les murs Cage architecturale en tissu métallisé Du même genre que précédemment, il s'agit de tapisserie métallisée posée à l'aide de colle sur les murs. L'avantage conséquent de cette technique est la possibilité d'ajouter des fenêtres à l'installation. 2/Théorie nécessaire au fonctionnement Blindage : principe de Coulomb En 1788, Coulomb affirme que dans les corps conducteurs le fluide électrique se répand à la surface des corps et non à l'intérieur. [...]

[...] Au cours de son travail sur le courant continu et l'électrostatique, met en évidence le principe du blindage utilisé dans la cage de Faraday. Description de l'appareil La cage de Faraday est composée une enceinte métallique conductrice reliée à la Terre. Elle peut être totalement close ou constituée d'un grillage. Plus la fréquence de l'onde est élevée, plus la maille doit être petite. Il existe trois principales sortes de cages de Faraday Cage modulaire Elle est constituée de bacs d'acier ou de panneaux bois revêtus sur les deux faces d'une feuille d'acier. [...]

[...] Ce sont des perturbations du champ magnétique et du champ électrique. Les champs magnétiques et électriques n'arrêtent pas de changer de sens milliard et demi de fois par seconde. Cela excite les molécules d'eau qui sont présentes dans tous les aliments et donc l'agitation moléculaire grandissante fait que votre aliment s'échauffe. Les ondes émises par le four à micro-ondes sont donc très dangereuses pour l'homme qui est constitué à 70% d'eau. C'est pour cela qu'il y a une grille métallique sur le côté intérieur de la porte. [...]

[...] Le flux du champ électrique à travers une surface S fermée est égal à : avec: ensemble des charges contenue dans la surface ε0 = permittivité du milieu (vide) Selon le théorème de Gauss, appliqué à une surface S qui découpe sur la paroi une aire d autour du point on trouve : Le théorème de Gauss permet de calculer plus simplement la norme du vecteur champ électrique, crée par une distribution de charges continue, à haute symétrie. On obtient donc ρs nul. Ce qui permet de montrer une des propriétés essentielle de la cage de Faraday qui est la paroi de la cavité ne porte pas de charge. Perspectives & Application Nombreuses sont les utilisations de la cage de Faraday. [...]