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Cómo funcionan las jaulas de Faraday

Cómo funcionan las jaulas de Faraday
Satisfacer
  1. Los primeros descubrimientos de Franklin
  2. Electrostático para personas
  3. Faraday, la forma moderna
  4. Jaulas de última generación

Los primeros descubrimientos de Franklin

Los primeros científicos sabían que los rayos contenían los secretos de todo tipo de poderes increíbles. Ben Franklin realizó varios experimentos en un intento de desentrañar los misterios de la electricidad.

iStockphoto / Thinkstock

Fue Ben Franklin quien ayudó a inspirar muchas de las ideas detrás de las jaulas de Faraday. Franklin, por supuesto, pasó parte de su ilustre carrera volando cometas durante las tormentas en un intento por atraer rayos y por eso ya sabía un poco sobre las peculiaridades y conceptos de la electricidad.

En 1755, Franklin comenzó a jugar con la electricidad de nuevas formas. Electrificó una lata de plata y bajó una bola de corcho vacía unida a un hilo de seda no conductor. Bajó la pelota hasta que tocó el fondo de la caja y notó que la pelota no era atraída hacia los lados internos de la caja. Sin embargo, cuando Franklin tomó la bola de corcho y la colgó cerca del exterior de la caja electrificada, la bola fue lanzada inmediatamente a la superficie de la caja.

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Franklin estaba perplejo por la interacción entre la electricidad y los objetos cargados y descargados. Admitió en una carta a un colega: “Necesitamos la razón; No la conozco. Quizás puedas encontrarlo, y luego será mejor que me lo des.

Décadas más tarde, un físico y químico inglés llamado Michael Faraday hizo otras observaciones relevantes, a saber, se dio cuenta de que un conductor (como una jaula de metal), una vez cargada, mostró esa carga solo en su superficie. Esto no afectó a la cabina del conductor.

Faraday reiteró esta observación al cubrir una habitación con una hoja de metal y luego cargar la hoja con un generador electrostático. Puso un electroscopio (un dispositivo que detecta cargas eléctricas) dentro de la habitación y, como se predijo, el alcance indicó que no había carga en la habitación. La carga se movió a lo largo de la superficie de la sábana y no entró en la habitación.

Faraday investigó este fenómeno con su famoso experimento del cubo de hielo. En esa prueba, básicamente replicó la idea de Franklin bajando una esfera de latón cargada en una taza de metal. Como era de esperar, sus resultados fueron los mismos que los de Franklin.

Este concepto tiene todo tipo de aplicaciones increíbles, pero aquí hay una que es relevante para cualquiera que alguna vez haya abordado un avión. Imagínese volando en un avión que fue golpeado repentinamente por un rayo. No es una ocurrencia rara: ocurre con regularidad, pero el avión y sus pasajeros no se ven afectados. Esto se debe a que el casco de aluminio de la aeronave crea una jaula de Faraday. La carga del rayo puede pasar de forma segura sobre la superficie de la aeronave sin dañar el equipo o las personas que se encuentran dentro.

No es realmente impactante. Es solo ciencia. En la página siguiente, verá cómo funciona realmente este tipo de diseño de jaula inteligente.

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Electrostático para personas

Para comprender cómo funcionan las jaulas de Faraday, debe tener un conocimiento básico de cómo funciona la electricidad en los conductores. El proceso es simple: los objetos metálicos, como la malla de aluminio, son conductores y tienen electrones (partículas cargadas negativamente) moviéndose en ellos. Cuando no hay carga eléctrica, el conductor tiene aproximadamente el mismo número de partículas positivas y negativas mezcladas.

Si un objeto externo cargado eléctricamente se acerca al conductor, las partículas positivas y negativas se separan. Los electrones con una carga opuesta a la carga externa son atraídos por este objeto externo. Los electrones con la misma carga que el objeto externo son repelidos y se alejan de ese objeto. Esta redistribución de cargos se llama inducción electrostática.

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Con el objeto externo cargado presente, las partículas positivas y negativas se enrollan en lados opuestos del conductor. El resultado es un campo eléctrico opuesto que cancela el campo de carga del objeto externo dentro del conductor metálico. Por tanto, la carga eléctrica neta dentro de la red de aluminio es cero.

Y aquí está la verdadera patada. Aunque no hay carga dentro del conductor, el campo eléctrico opuesto tiene un efecto fuerte: protege el interior de las cargas eléctricas estáticas externas y también de las radiaciones electromagnéticas, como las ondas de radio y los micrófonos. Aquí es donde reside el verdadero valor de las jaulas de Faraday.

La efectividad de este escudo varía según la construcción de la jaula. Los cambios en la conductividad de diferentes metales, como el cobre o el aluminio, afectan el funcionamiento de la jaula. El tamaño de los orificios en la pantalla o malla también cambia las capacidades de la jaula y se puede ajustar de acuerdo con la frecuencia y longitud de onda de la radiación electromagnética que desea excluir del interior de la jaula.

Las jaulas de Faraday a veces tienen otros nombres. Se pueden llamar Escudos de Faraday, RF (frecuencia de radio) jaulas, o EMF (fuerza electromotriz) jaulas.

No importa cómo las llame, las jaulas de Faraday se utilizan con mayor frecuencia en laboratorios científicos, tanto en experimentos como en el desarrollo de productos. En la página siguiente, descubrirá exactamente cómo los ingenieros ponen a prueba estos ingeniosos escudos.

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Faraday, la forma moderna

Provenía de una familia pobre y tuvo poca educación cuando era niño, pero Michael Faraday se convirtió en uno de los científicos más famosos y reconocidos del mundo.

Provenía de una familia pobre y tuvo poca educación cuando era niño, pero Michael Faraday se convirtió en uno de los científicos más famosos y reconocidos del mundo.

Hemera / Thinkstock

La gente usa las jaulas de Faraday para una variedad de propósitos, a veces en laboratorios esotéricos, otras veces en productos cotidianos. Su máquina, por ejemplo, es esencialmente una jaula de Faraday. Es el efecto de la jaula, no los neumáticos de goma, lo que te protege en caso de que caiga un rayo.

Muchos edificios también funcionan como jaulas de Faraday, aunque solo sea por accidente. Con sus paredes de yeso o concreto salpicadas de barras de acero o malla de alambre, a menudo causan estragos en las redes inalámbricas de Internet y las señales de los teléfonos celulares.

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Pero el efecto protector a menudo beneficia a la humanidad. Las microondas invierten el efecto, atrapando las olas en una jaula y cocinando los alimentos rápidamente. Los cables de TV blindados ayudan a mantener una imagen nítida y clara, reduciendo la interferencia.

Los trabajadores de líneas eléctricas a menudo usan overoles especialmente diseñados que aprovechan el concepto de jaula de Faraday. En estas combinaciones, los electricistas pueden trabajar en líneas de alta tensión con un riesgo muy bajo de electrocución.

Los gobiernos pueden proteger los equipos de telecomunicaciones vitales de los rayos y otras interferencias electromagnéticas construyendo jaulas de Faraday a su alrededor. Los laboratorios científicos de universidades y empresas utilizan jaulas de Faraday avanzadas para excluir por completo todas las cargas eléctricas externas y la radiación electromagnética para crear un entorno de prueba completamente neutral para todo tipo de experimentos y desarrollo de productos.

¿Rastrear? Siga leyendo y verá formas más salvajes de utilizar este simple efecto de jaula para fines sofisticados.

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Jaulas de última generación

Los hornos de microondas son un producto común que usa una jaula de Faraday.  En lugar de mantener las microondas fuera, las fuerzan a entrar en una pequeña cámara de cocción que

Los hornos de microondas son un producto común que usa una jaula de Faraday. En lugar de mantener las microondas afuera, las empujan hacia una pequeña cámara de cocción que “atomiza” la comida.

Jupiterimages / © Getty Images / Thinkstock

Pase por un hospital y encontrará jaulas de Faraday en forma de Resonancia magnética (exploración de resonancia magnética) dormitorios. Las exploraciones por resonancia magnética se basan en fuertes campos magnéticos para crear exploraciones clínicamente útiles del cuerpo humano. Las salas de resonancia magnética deben protegerse para evitar que los campos electromagnéticos dispersos afecten las imágenes de diagnóstico del paciente.

También hay muchos usos políticos y militares para las jaulas de Faraday. Los políticos pueden optar por discutir temas delicados solo en salas blindadas que pueden bloquear la tecnología de espionaje. Todas las fuerzas armadas modernas dependen de la electrónica de comunicaciones y los sistemas de armas, pero hay un problema: estos sistemas son vulnerables a los ataques. EMP (pulsos electromagnéticos), que puede ser el resultado de una tormenta solar o incluso de ataques PEM provocados por el hombre. Para proteger los sistemas críticos, el ejército a veces usa búnkeres y vehículos blindados.

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Es por esta misma razón que las jaulas de Faraday son un tema apasionante en la subcultura de la supervivencia. Estas personas, que predican la autosuficiencia y la desconfianza en la respuesta del gobierno a los desastres naturales o provocados por el hombre, creen en la protección de todos los dispositivos electrónicos importantes con la ayuda de jaulas de Faraday hechas en casa. En caso de un cataclismo apocalíptico, todavía tendrán sus propias radios de onda corta y otras herramientas de alta tecnología que pueden salvar vidas.

Incluso si no está particularmente interesado en escenarios apocalípticos, las jaulas de Faraday probablemente juegan un papel en su vida diaria. Estas jaulas aprovechan un principio fundamental de la física y ayudan a personas de todo el mundo a aplicarlas, por seguridad, lujo, conveniencia y para contribuir a avances tecnológicos cada vez más emocionantes.

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Las jaulas de Faraday vienen en todas las formas y tamaños, pero todas usan una pantalla de metal que conduce la electricidad, creando un efecto protector.

Las jaulas de Faraday vienen en todas las formas y tamaños, pero todas usan una pantalla de metal que conduce la electricidad, creando un efecto protector.

Tecnologías Hemera / © Getty Images / Thinkstock

La electricidad es la piedra angular de muchos aspectos de nuestro mundo. Sin voltios y amperios, muchas de nuestras innovaciones tecnológicas dejarían de existir. Incluso nuestros cuerpos no funcionarían sin una carga eléctrica fluyendo a través de nuestras células. Pero lo que da electricidad, la electricidad puede ganar.

Aunque esta forma de energía es vital para gran parte de nuestras vidas, es una de esas cosas que solo es buena en las cantidades adecuadas. Demasiada electricidad puede electrocutar a las personas. Asimismo, puede matar nuestras máquinas y dispositivos electrónicos modernos.

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Pero gracias a Michael Faraday, el brillante científico del siglo XIX, y uno de sus inventos homónimos, la jaula de Faraday, los humanos hemos desarrollado muchas formas de controlar la electricidad y hacerla más segura para nuestras computadoras, automóviles y más inventos. – y también para nosotros.

Las jaulas de Faraday protegen su contenido de los campos eléctricos estáticos. UNO campo eléctrico es un campo de fuerza que involucra un partícula cargada, como un electrón o un protón.

Estas jaulas a menudo se ven claramente, digamos, jaulas. Algunos son tan simples como vallas de cadena o cubos de hielo. Otros usan una fina malla de alambre. Independientemente de su apariencia exacta, todas las jaulas de Faraday reciben cargas electrostáticas, incluso algunos tipos de radiación electromagnética, y las distribuyen fuera de la jaula.

Radiación electromagnética está a nuestro alrededor. Está en la luz visible y ultravioleta, en las microondas que cocinan nuestra comida e incluso en las ondas de radio FM y AM que bombean la música a través de nuestras radios. Pero a veces esta radiación no es deseada y es totalmente perjudicial. Aquí es donde entran las jaulas de Faraday.

Una vez que una jaula de Faraday distribuye esa carga o radiación fuera de la jaula, cancela las cargas eléctricas o la radiación dentro de la jaula. En resumen, una jaula de Faraday es un conductor hueco, donde la carga permanece en la superficie exterior de la jaula.

Esta función básica tiene muchos usos fascinantes en nuestro mundo eléctricamente confuso y rico en tecnología. Y mientras que Faraday finalmente tuvo su día, el trasfondo de su invención tiene sus raíces en la antigüedad. Entonces, ¿de dónde surgió la idea de estas jaulas ultra útiles? Descúbrelo en la página siguiente.

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