Las jaulas de Faraday vienen en todas las formas y tamaños, pero todos usan una pantalla metálica que conduce la electricidad, creando un efecto protector. Tecnologías Hemera / © Getty Images / Thinkstock La electricidad es el elemento vital de muchos aspectos de nuestro mundo. Sin voltios ni amperios, muchas de nuestras innovaciones tecnológicas dejarían de existir. Incluso nuestros cuerpos no funcionarían sin una carga eléctrica atravesando nuestras células. Pero lo que da la electricidad la electricidad puede llevarse.
Aunque esta forma de energía es vital para gran parte de nuestras vidas, es una de esas cosas que solo son buenas en las cantidades adecuadas. Demasiada electricidad puede electrocutar a las personas. Igualmente, puede matar nuestra electrónica y nuestras máquinas modernas.
Pero gracias a Michael Faraday, el brillante científico del siglo XIX, y uno de los inventos que lleva su nombre, la jaula de Faraday, los humanos hemos desarrollado muchas formas de controlar la electricidad y hacerla más segura para nuestras computadoras, automóviles y otros inventos, y para nosotros, también.
Las jaulas de Faraday protegen su contenido de los campos eléctricos estáticos. Un campo eléctrico es un campo de fuerza que rodea un partícula cargada , como un electrón o un protón.
Estas jaulas a menudo se ven claramente, bien, como una jaula. Algunos son tan simples como vallas de tela metálica o cubos de hielo. Otros utilizan una fina malla metálica. Independientemente de su apariencia exacta, todas las jaulas de Faraday toman cargas electrostáticas, o incluso ciertos tipos de radiación electromagnética, y distribuirlos por el exterior de la jaula.
Radiación electromagnética está a nuestro alrededor. Está en luz visible y ultravioleta, en las microondas que cocinan nuestra comida e incluso en las ondas de radio FM y AM que bombean música a través de nuestras radios. Pero a veces, esta radiación es indeseable y francamente perjudicial. Ahí es donde entran las jaulas de Faraday.
Como una jaula de Faraday distribuye esa carga o radiación alrededor del exterior de la jaula, cancela las cargas eléctricas o la radiación dentro del interior de la jaula. En breve, una jaula de Faraday es un conductor hueco, en el que la carga permanece en la superficie externa de la jaula.
Esa función básica tiene muchos usos fascinantes en nuestro mundo repleto de tecnología y eléctricamente desordenado. Y aunque Faraday eventualmente tendría su día, el telón de fondo de su invención en realidad tiene sus raíces en épocas anteriores. Entonces, ¿De dónde surgió la idea de estas jaulas de gran utilidad? Descúbrelo en la página siguiente.
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Los primeros científicos sabían que los rayos guardaban los secretos de todo tipo de poderes asombrosos. Ben Franklin realizó muchos experimentos para tratar 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 en tormentas eléctricas en un intento de atraer rayos y, por lo tanto, ya estaba algo familiarizado con los caprichos y conceptos de la electricidad.
En 1755, Franklin comenzó a jugar con la electricidad de nuevas formas. Electrificó una lata de pinta de plata y metió en ella una bola de corcho sin carga unida a un hilo de seda no conductor. Bajó la pelota hasta que tocó el fondo de la lata y observó que la pelota no era atraída por los lados interiores de la lata. Sin embargo, cuando Franklin retiró la bola de corcho y la colgó cerca del exterior de la lata electrificada, la bola fue inmediatamente arrastrada a la superficie de la lata.
Franklin estaba desconcertado por la interacción de la electricidad y los objetos cargados y descargados. Lo admitió en una carta a un colega:"Necesitas la razón; no la conozco. Quizás puedas descubrirla, y entonces tendrás la bondad de comunicármelo ".
Décadas después un físico y químico inglés llamado Michael Faraday hizo otras observaciones pertinentes, a saber, se dio cuenta de que un conductor (como una jaula de metal), cuando se carga, exhibió esa carga sólo en su superficie. No tuvo ningún efecto en el interior del conductor.
Faraday reafirmó esta observación al revestir una habitación con papel de aluminio y luego cargar el papel con el uso de un generador electrostático. Colocó un electroscopio (un dispositivo que detecta cargas eléctricas) dentro de la habitación, y, como él anticipó, el alcance indicó que no había ningún cargo dentro de la habitación. La carga simplemente se movió a lo largo de la superficie de la lámina y no penetró en la habitación en absoluto.
Faraday examinó más a fondo este fenómeno con su famoso experimento del cubo de hielo. En esta prueba, Básicamente, duplicó la idea de Franklin bajando una bola de latón cargada en una taza de metal. Como se esperaba, sus resultados fueron los mismos que los de Franklin.
Este concepto tiene todo tipo de aplicaciones asombrosas, pero aquí hay uno que es relevante para cualquiera que haya estado en un avión. Imagínese volar en un avión que es repentinamente alcanzado por un rayo. Esta no es una ocurrencia rara, en realidad ocurre con regularidad, sin embargo, el avión y sus pasajeros no se ven afectados. Eso es porque el casco de aluminio del avión crea una jaula de Faraday. La carga del rayo puede pasar inofensivamente sobre la superficie del avión sin dañar el equipo o las personas en el interior.
No es impactante De Verdad. Es solo ciencia. En la página siguiente, Verá cómo funciona realmente este ingenioso diseño de jaula.
Para comprender cómo funcionan las jaulas de Faraday, necesita una comprensión básica de cómo funciona la electricidad en los conductores. El proceso es simple:objetos metálicos, como una malla de aluminio, son conductores, y tiene electrones (partículas cargadas negativamente) que se mueven en ellas. Cuando no hay carga eléctrica presente, el conductor tiene aproximadamente el mismo número de partículas positivas y negativas entremezcladas.
Si un objeto externo con carga eléctrica se acerca al conductor, las partículas positivas y negativas se separan. Los electrones con una carga opuesta a la carga externa son atraídos hacia ese 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 .
Con el objeto cargado externo 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. La carga eléctrica neta dentro de la malla de aluminio, luego, es cero.
Y aquí está el verdadero truco. Aunque no hay carga dentro del conductor, el campo eléctrico opuesto tiene un efecto importante:protege el interior de las cargas eléctricas estáticas exteriores y también de la radiación electromagnética, como ondas de radio y microondas. Ahí radica el verdadero valor de las jaulas de Faraday.
La efectividad de este blindaje varía según la construcción de la jaula. Variaciones en la conductividad de diferentes metales, como el cobre o el aluminio, afectar la función de la jaula. El tamaño de los orificios en la pantalla o la malla también cambia las capacidades de la jaula y se puede ajustar según la frecuencia y la longitud de onda de la radiación electromagnética que desee excluir del interior de la jaula.
Las jaulas de Faraday a veces tienen otros nombres. Pueden ser llamados Escudos de Faraday , RF ( frecuencia de radio ) jaulas , o EMF ( fuerza electromotriz ) jaulas .
No importa como los llames, Las jaulas de Faraday se utilizan con mayor frecuencia en laboratorios científicos, ya sea en experimentos o en desarrollo de productos. En la página siguiente, descubrirás exactamente cómo los ingenieros ponen a prueba estos ingeniosos escudos.
No es lo que Michael tenía en menteCuando Faraday construyó su primera jaula, probablemente no tenía el robo en el cerebro. Pero los policías a menudo atrapan a los ladrones que recubren las bolsas con papel de aluminio, que interfiere con las etiquetas RFID antirrobo colocadas en productos costosos en las tiendas minoristas.
Él era 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 amplia gama de propósitos, a veces en entornos de laboratorio esotéricos, otras veces en productos comunes. Tu carro, por ejemplo, es básicamente una jaula de Faraday. Es el efecto de la jaula no los neumáticos de goma, que lo protege en caso de un rayo cercano.
Muchos edificios actúan como jaulas de Faraday, también, aunque solo sea por accidente. Con sus muros de yeso u hormigón sembrados de varillas metálicas o mallas de alambre, a menudo causan estragos en las redes inalámbricas de Internet y las señales de los teléfonos móviles.
Pero el efecto de protección beneficia con mayor frecuencia a la humanidad. Los hornos de microondas invierten el efecto, atrapando olas dentro de una jaula y cocinando rápidamente su comida. Los cables de TV apantallados ayudan a mantener una imagen clara al reducir la interferencia.
Los instaladores de líneas eléctricas a menudo usan trajes especialmente hechos que explotan el concepto de jaula de Faraday. Dentro de estos trajes, los linieros pueden trabajar en líneas eléctricas de alto voltaje con un riesgo mucho menor 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 de ciencias de las universidades y corporaciones emplean jaulas de Faraday avanzadas para excluir por completo todas las cargas eléctricas externas y la radiación electromagnética para crear un entorno de prueba totalmente neutral para todo tipo de experimentos y desarrollo de productos.
¿Intrigado? Sigue leyendo, y verá otras formas salvajes en que este simple efecto de jaula se utiliza para fines sofisticados.
Haz tu propia jaulaNo necesita gastar millones o tener un título en física para hacer su propia jaula de Faraday. En Internet, puede encontrar instrucciones para construir una jaula simple a partir de productos domésticos comunes.
Los hornos de microondas son un producto común que usa una jaula de Faraday. En lugar de mantener las microondas fuera, los obligan a entrar en una pequeña cámara de cocción que "atiza" su comida. Jupiterimages / © Getty Images / Thinkstock Pase por un hospital y encontrará jaulas de Faraday en forma de Resonancia magnética ( escaneo de resonancia magnética ) habitaciones. Los escáneres de resonancia magnética se basan en poderosos campos magnéticos para crear escaneos médicamente útiles del cuerpo humano. Las salas de resonancia magnética deben estar protegidas para evitar que los campos electromagnéticos perdidos afecten las imágenes de diagnóstico del paciente.
Hay muchos usos políticos y militares para las jaulas de Faraday, también. Los políticos pueden optar por discutir asuntos delicados solo en salas blindadas que pueden bloquear las tecnologías de escucha. Todas las fuerzas armadas modernas dependen de la electrónica para las comunicaciones y los sistemas de armas, pero hay una trampa:estos sistemas son vulnerables a agresiones EMP ( pulsos electromagnéticos ), que puede ser el resultado de una tormenta solar o incluso de ataques EMP provocados por el hombre. Para salvaguardar los sistemas críticos, los militares a veces usan búnkeres y vehículos blindados.
Es por esta misma razón que las jaulas de Faraday son un tema cariñoso en la subcultura de supervivencia. Estas personas, que predican la autosuficiencia y la desconfianza de la respuesta gubernamental ante desastres naturales o causados por el hombre, cree en proteger todos los dispositivos electrónicos importantes con jaulas de Faraday caseras. En el caso de que ocurra un cataclismo apocalíptico, todavía tendrán sus radios de onda corta y otras herramientas de alta tecnología que podrían salvarles la vida.
Incluso si no le preocupan especialmente los escenarios apocalípticos, Es probable que las jaulas de Faraday desempeñen un papel en su vida todos los días. Estas jaulas aprovechan un principio básico de la física y ayudan a las personas de todo el planeta a poner en práctica esos principios:por seguridad, lujo, conveniencia y ayudar a promover avances tecnológicos cada vez más emocionantes.
Publicado originalmente:28 de junio de 2011
Fuentes
