4- Cómo você blindaria um laboratório contra campos elétricos externos?
Passo 1
O enunciado pede uma forma de impedir que campos elétricos externos penetrem num laboratório. O conteúdo da matéria é blindagem eletrostática (ou EMI shielding), baseado no princípio de que um condutor em equilíbrio desloca cargas na superfície de modo a anular o campo elétrico em seu interior. Para resolver, vamos aplicar a lei de Gauss e projetar uma gaiola de Faraday completa, incluindo tratamento de cabos e aberturas.
Passo 2
Em eletrostática, um condutor em equilíbrio satisfaz a lei de Gauss:
Se não houver carga interna (
), então
em todo interior. Ou seja, cargas livres no condutor se redistribuem de modo a cancelar qualquer campo externo, protegendo o volume interno.
Passo 3
Para aplicar esse princípio, envolve-se todo o laboratório num invólucro condutor contínuo (gaiola de Faraday). Elementos de projeto:
- Material condutor (alumínio, cobre ou aço): espessura de alguns milímetros basta para baixas frequências.
- Continuidade elétrica: todas as chapas ou malhas devem estar interligadas sem furos grandes. Se usar malha, o espaçamento entre fios deve ser muito menor que o comprimento de onda do campo a ser bloqueado.
- Aterramento robusto: conecta-se o invólucro a um bom aterramento para drenar as cargas induzidas ao solo.
Passo 4
Nenhum condutor deve atravessar o invólucro sem proteção. É preciso:
- Usar filtros EMI (filtros de linha) nas entradas de energia elétrica.
- Empregar conectores e cabos coaxiais ou trançados blindados, com as malhas totalmente soldadas ou grampeadas ao invólucro nas passagens.
- Implementar “waveguide beyond cutoff” para ventilação ou passagem de cabos ópticos, garantindo que as aberturas deixem passar ar ou luz, mas bloqueiem ondas elétricas.
Passo 5
Se for necessário reforçar ainda mais a blindagem, pode-se usar:
- Dupla gaiola (invólucro interno e externo) com espaço entre elas, aumentando a atenuação.
- Revestimentos internos de folha de cobre para frequências mais altas.
- Testes de emissão e susceptibilidade para verificar a atenuação em toda a faixa de interesse.
Resposta
Blindaria o laboratório construindo uma gaiola de Faraday completa em chapas ou malha metálica bem aterrada, com todas as junções elétricas contínuas e com filtros EMI nos pontos de penetração de cabos e ar, assegurando que não haja aberturas maiores que o comprimento de onda dos campos indesejados.