Nedávno jsme na MobilManii psali o telefonování za volantem a o nebezpezpečí, které je s ním spojené. Tentokrát se na mobil v automobilu podívejme tak trochu z fyzikálního hlediska. Znáte Faradayovu klec?
Špetka historie
V osnovách středoškolské fyziky, v části, která je věnována elektřině a elektromagnetickým polím, jistě najdete zmínku, která se týká tzv. Faradayovy klece. Je to jeden z objevů velevýznamného anglického fyzika Michaela Faradaye, který se na přelomu osmnáctého a devatenáctého století zabýval výzkumy na poli elektromagnetismu. Má na kontě mj. objev elektromagnetické indukce, bez kterého bychom si dnes jistě ani nerozsvítili, protože na tomto principu pracují mj. i generátory v elektrárnách. Mezi další Faradayovy objevy patří např. elektrochemický děj zvaný elektrolýza.
Samotný efekt stínění elektrického pole, který byl později označen jako jev Faradayovy klece, objevil slavný fyzik v roce 1835. Elektrostaticky stíněný prostor vytvořil tak, že zhotovil krychli z měděného drátu o délce hrany tři metry, nabil ji elektrickým nábojem. Pak měřil pomocí železné kuličky na niti rozložení náboje uvnitř i vně krychle. S údivem zjistil, že veškerý elektrický náboj je zvenčí. Pokus mimo jiné ukázal, že uvnitř krychle lze vytvořil elektrický stín, kdy elektrické pole z vnějšku krychle za určitých podmínek nepronikne dovnitř.
Aby Faradayova klec dobře stínila, je třeba vhodně zvolit tvar a rozměry jednotlivých buněk mřížky. Oka by v principu neměla být větší, než je délka vlny stíněného záření. Laicky řečeno: vlna nesmí okem projít. Pro kmitočty GSM 900 je délka vlny zhruba 33 cm a pro GSM 1800 pak asi 17 cm.
Mobil v kleci
Ptáte se, jak souvisí Faradayova klec s mobilními telefony? Souvislost je blíž, než by se mohlo na první pohled zdát. Stačí jen, když nastoupíte s mobilním telefonem do automobilu a zavřete za sebou dveře. Rázem se ocitnete ve Faradayově kleci, i když pravda ve velmi nedokonalé. Každý automobil je totiž převážně z kovových dílů (snad jen s výjimkou značky Trabant), které jsou elektricky vodivé. Tudíž deformují a částečně stíní elektrické pole. Velké otvory, jako jsou okna, tvoří poruchy klece a elektrické pole může tudy bez problémů pronikat. Pokud jsou ale instalována v automobilu speciální skla, která jsou potažena velmi tenkou kovovou fólií, prostor uvnitř vozu se stane ještě dokonaleji stíněný. Důsledek je ten, že stínění se mobilnímu telefonu projeví jako zhoršený signál, na což mobil zareaguje zvýšením vysílacího výkonu.
Toto chování můžete vyzkoušet i doma. Stačí například vložit mobilní telefon do vypnuté, zdůrazňuji vypnuté, mikrovlnné trouby tak, aby bylo přes dvířka vidět na displej s ukazatelem úrovně signálu. Při zavřených dvířkách mikrovlnné trouby se úroveň signálu znatelně sníží, popř. úplně zmizí. Pokud nemáte k dispozici mikrovlnnou troubu, stačí mobilní telefon vložit do kovové nádobky, kde lze zhoršení signálu pozorovat také.
Vraťme se ale k mobilnímu telefonu v automobilu. Efekt Faradayovy klece způsobí částečné odstínění vysílání základnové stanice, tedy zhoršení signálu, a následné zvýšení intenzity vysílání mobilního telefonu. Mobilní telefon ale vysílá uvnitř stíněného prostoru, ze kterého elektromagnetické záření také obtížně proniká ven. Částečně se v něm tedy odráží a dochází tak k deformaci elektromagnetického pole.
Nejen automobil
Podobný efekt je pozorovatelný například i v prostředcích hromadné dopravy, jako jsou trolejbusy nebo autobusy. Zvláště patrný je tento jev v letadle, které je celé v podstatě kovový válec s velmi malými otvory pro okna, kudy se záření jen velmi obtížně dostává. Tento efekt úzce souvisí se zákazem používání mobilních telefonů na palubě letadel. Tomu ale bude nejspíše v dohledné době konec, protože vývojové kroky k telefonování na palubě jsou již vykonány. Více si můžete přečíst v tomto článku.
Další příklad obří Faradayovy klece leží přímo na zemi a není třeba pro něj chodit až tak daleko. Stačí se podívat na nejbližší panelový dům. Jak jistě víte, betonové panely jsou uvnitř vyztuženy železnou mříží, a tyto mříže se při stavbě panelového domu svařovaly k sobě. V panelových domech jsou tak ukryty obrovské kovové klece, které mohou signál více či méně odstínit. Taková klec je z hlediska stínění samozřejmě velmi nedokonalá, ale prokazatelné účinky přesto má.
Jak vyzrát na klec
Pominu-li velmi často diskutovanou škodlivost elektromagnetického záření, které jsou na internetu věnovány rozsáhlé studie, může být důsledkem Faradayova jevu i špatná dostupnost vašeho mobilního telefonu. Řešení pro auto i pro panelový dům je proto nasnadě. Mnohé může vyřešit externí anténa, kterou umístíte např. na střechu automobilu. Ta totiž nakládá pouze s elektrickým polem, které je vně odstíněného prostoru a tím se stínící efekt úspěšně eliminuje.
