Jaula de Faraday: Definición y material

¿Qué es una jaula de Faraday?

Una jaula de Faraday, o un escudo de Faraday, se puede definir como un recinto que bloquea los campos electromagnéticos (EM o EMF). Los campos electromagnéticos se producen al acelerar cargas eléctricas y se describirán con mayor detalle más adelante en la lección. Las jaulas de Faraday reciben su nombre del científico que las inventó en 1836, Michael Faraday.

¿Quién es Michael Faraday?

Michael Faraday (22 de septiembre de 1791 – 25 de agosto de 1867) fue un científico inglés que estudió electromagnetismo y electroquímica. Si bien su educación formal fue escasa, llegó a ser reconocido como uno de los científicos más influyentes de la historia. Por ejemplo, Albert Einstein exhibió una fotografía de Faraday en la pared de su estudio. Faraday fue responsable de varios descubrimientos científicos, incluida la comprensión de los principios científicos que se enumeran a continuación.

• Inducción electromagnética, que es la creación de un EMF al mover un campo magnético alrededor de un conductor eléctrico.
• Diamagnetismo, o materiales diamagnéticos, que son repelidos por campos magnéticos.
• Electrólisis, que es una técnica científica que hace pasar una corriente eléctrica a través de una sustancia para provocar una reacción química, como una oxidación o una reducción.

Además, el trabajo realizado por Faraday para la invención de un dispositivo giratorio electromagnético se considera la tecnología fundamental detrás de los motores eléctricos. Además de los campos electromagnéticos, Faraday tuvo importantes impactos en el campo de la química. Varios de sus inventos y descubrimientos en los campos de la química y la electroquímica se enumeran a continuación.

• Descubrió el benceno, que es un compuesto orgánico que es una importante sustancia química industrial.
• Inventó uno de los primeros modelos de mechero Bunsen, que es un mechero de gas que todavía se utiliza en los laboratorios.
• Ideó el sistema utilizado para describir los estados de oxidación de los átomos.
• Popularizó términos como ánodo, cátodo, electrodo e ion.

El experimento del cubo de hielo de Faraday

Cuando Faraday estaba experimentando con electrostática en 1843, realizó un experimento famoso, conocido como el experimento del cubo de hielo de Faraday. Este experimento fue el primero en demostrar los principios detrás del blindaje electromagnético, que son los principios básicos de la jaula de Faraday. Este experimento se realizó con un recipiente para hielo de peltre (metal) conductor encima de un taburete de madera para aislarlo del suelo. Unido por un cable al exterior del cubo, tenía un instrumento llamado electrómetro de pan de oro, que se utilizaba para detectar la presencia de cargas eléctricas. Después de bajar un objeto cargado al cubo sin tocarlo, observó una lectura en el electrómetro, que indicaba que el objeto cargado provoca cambios en el exterior del cubo de metal mediante inducción electrostática. A su vez, esto produce una carga opuesta en la superficie interior del cubo. Además, las cargas en el exterior del cubo no tienen influencia sobre nada dentro de él, porque las cargas en el exterior se redistribuyen para anular las cargas que vienen del interior, mostrando así el efecto de blindaje.

Material de la jaula de Faraday

Para formar una jaula de Faraday, se necesita un material conductor continuo. La definición de material conductor es un material que permite que las cargas fluyan en al menos una dirección. Los materiales conductores más comunes son los fabricados con metales como el cobre, la plata y el aluminio. Los metales pueden conducir electricidad debido a que tienen electrones libres. Los metales tienen la propiedad única de formar enlaces metálicos, lo que significa que los electrones de los átomos metálicos en realidad no están unidos a un átomo en particular, lo que les permite fluir en respuesta a una corriente eléctrica. Una corriente eléctrica se define como una corriente de partículas cargadas (electrones o iones) que se mueven a través de un material conductor.

Un Faraday puede adoptar cualquier forma que encierre un espacio hueco, como un cilindro, una esfera o una caja. Además, una jaula de malla no es tan eficiente como una jaula sólida. Esto se debe a que la distribución de carga teórica ideal será diferente entre una malla y un metal sólido continuo.

¿Cómo funciona una jaula de Faraday?

Una jaula de Faraday funciona gracias al principio de blindaje electromagnético, como se describió anteriormente. Por ejemplo, cuando se aplica un campo eléctrico externo a la jaula, las cargas se redistribuyen por los materiales conductores debido a la inducción electrostática. Estas cargas redistribuidas a su vez reducirán el voltaje dentro de la superficie interior de la jaula de Faraday. La capacidad a la que una jaula de Faraday puede reducir el voltaje en la superficie interior de la jaula de Faraday depende en gran medida de las especificidades del material conductor, como su espesor, conductividad y propiedades magnéticas. Cuando una jaula de Faraday se expone a una fuerza eléctrica externa, produce una fuerza igual y opuesta.

¿Qué hace una jaula de Faraday?

La función principal de una jaula de Faraday es actuar como un recinto protector, impidiendo que cierto tipo de radiaciones electromagnéticas lleguen al interior (o del interior al ambiente exterior). Por ejemplo, si un rayo alcanza la jaula, la fuerza eléctrica dentro de la jaula será cero. Las jaulas de Faraday se utilizan de diversas formas para proteger y apuntar a las fuerzas electromagnéticas.

Hay muchos ejemplos de jaulas de Faraday que encontramos todos los días, así como jaulas de Faraday especializadas que se utilizan para proteger dispositivos electrónicos sensibles. Un ejemplo de jaula de Faraday del mundo real es el compartimento de pasajeros de un automóvil o un avión. Tanto los automóviles como los aviones ayudan a proteger a los pasajeros de fuerzas eléctricas como las de los rayos. Además, los dispositivos electrónicos se benefician de las jaulas de Faraday para proteger las señales de interferencias, como cerraduras de puertas inalámbricas y sistemas GPS. Los ascensores pueden simular los efectos de una jaula de Faraday, lo que suele ser un motivo de un mal servicio de telefonía móvil dentro del ascensor. Las salas donde se realizan resonancias magnéticas (MRI) están diseñadas como jaulas de Faraday, para evitar que señales externas interfieran con los datos recopilados de los pacientes. Los hornos microondas también presentan jaulas de Faraday parciales, es por eso que la ventana parece tener una malla, que ayuda a proteger al usuario de las microondas que emanan del interior. Además, las prisiones pueden diseñarse como jaulas de Faraday para evitar llamadas entrantes y salientes de teléfonos móviles. Los electricistas también pueden usar equipo especializado que actúa como jaulas de Faraday para ayudar a protegerlos de los peligros de electrocutarse en el trabajo. Los cables utilizados para cosas como televisores están recubiertos con una jaula de Faraday, como un escudo trenzado de cobre.

Resumen de la lección

Una jaula de Faraday, o un escudo de Faraday, se puede definir como un recinto protector que bloquea los campos electromagnéticos (EM o EMF). Los campos electromagnéticos se producen mediante la aceleración de cargas eléctricas. Michael Faraday fue un científico inglés que estudió electromagnetismo y electroquímica, y ha pasado a la historia como uno de los científicos más influyentes de todos los tiempos. Sus descubrimientos sobre los principios de la inducción electromagnética y el blindaje eléctrico han llevado a la idea y al desarrollo de las modernas jaulas de Faraday.

Las jaulas de Faraday pueden adoptar cualquier forma hueca y se definen como compuestas de un material conductor continuo, como un metal como el cobre. Los metales actúan como materiales conductores porque tienen electrones libres que pueden moverse cuando se les aplica una fuerza electrónica. El material conductor de una jaula de Faraday actúa para redistribuir las cargas eléctricas externas dentro del material conductor, protegiendo así el interior de la exposición a las fuerzas eléctricas. Los materiales sólidos funcionan mejor que los materiales de malla. Algunas jaulas de Faraday cotidianas incluyen automóviles y aviones, que pueden proteger a los pasajeros de la caída de un rayo en el exterior. Otros ejemplos de jaulas de Faraday más especializadas incluyen las salas que protegen las máquinas de resonancia magnética, equipos de protección para electricistas, ventanas de malla para microondas y blindaje EM para dispositivos electrónicos sensibles.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador