Cómo construir una jaula de Faraday

La electricidad puede ser peligrosa, pero tomar las precauciones de seguridad adecuadas puede permitirle estudiar cómo fluyen las cargas, cómo ocurren los campos eléctricos y cómo funcionan otros fenómenos en la electricidad.

Desde los albores de la electricidad en la física, los científicos han utilizado equipos para protegerse del daño al realizar experimentos. Este conocimiento crearía jaulas de Faraday como métodos para evitar que las personas resulten heridas por la electricidad.

•••Syed Hussain Ather

​Jaulas de FaradayoEscudos de Faradaybloquean los campos electromagnéticos utilizando materiales conductores en su superficie para redirigir las ondas electromagnéticas. El campo eléctrico externo hace que las cargas eléctricas en el material de la jaula cambien en la forma en que están distribuido con respecto a la inducción electrostática para evitar que el campo entre en el interior de la jaula.

Aunque no pueden bloquear campos magnéticos de variación lenta como el de la Tierra, las jaulas de Faraday se han utilizado para crear habitaciones rodeadas de mallas metálicas o láminas perforadas para evitar que las corrientes electromagnéticas entrando.

• Las jaulas de Faraday evitan que los campos electromagnéticos entren o escapen y pueden construirse con aluminio o sustancias metálicas. Se pueden fabricar con materiales simples como alambre metálico y cartón o madera.

Cuando un campo eléctrico externo entra en contacto con la jaula, la jaula genera el mismo campo eléctrico que si la carga estuviera dentro. La superficie se neutraliza con el exceso de carga fluyendo hacia el suelo si la jaula está conectada a tierra. Esto evita que se forme voltaje en el otro lado de la jaula para que el campo no pase el material. Las cargas se redistribuyen en el otro lado del material a medida que se inducen cargas electrostáticas en la superficie.

Este método de construcción de una jaula de Faraday requiere láminas metálicas de cobre o aluminio, cinta, tijeras, un contenedor de cartón o material similar y un globo para probar si la jaula funciona. El material que mejor funciona es el aluminio, el cobre o el alambre de gallinero para una jaula de Faraday de alambre de gallinero. Las jaulas de Faraday requieren mucho contacto entre los componentes metálicos para que un diseño de malla funcione bien.

Convierta el contenedor en un escudo o jaula de Faraday convirtiéndolo, por ejemplo, en una caja que pueda protegerlo de su entorno. Envuelva el recipiente con papel de aluminio o láminas metálicas. Asegúrese de que la jaula tenga mucho contacto entre las láminas de metal.

Corta una pantalla para que puedas ver el exterior desde el interior de la jaula. Asegúrese de que los orificios sean más pequeños que la longitud de onda de la radiación electromagnética que desea bloquear para que no entre.

Algunas instrucciones generales son:

1. Mide un cuadrado de malla metálica de pantalla de 10 x 10 pulgadas y recórtalo.
2. De manera similar, corte cinco trozos de madera o cartón de 8 pulgadas de largo.
3. Engrape, pegue con cinta adhesiva o sujete de algún otro modo la malla metálica a la madera o cartón.
4. Une las tiras alrededor de la malla a una distancia de 5 a 6 pulgadas entre sí para que cubran o rodeen toda la malla.
5. Forme el material en una caja o recipiente para crear la jaula de Faraday.

Intente usar su teléfono celular dentro de la jaula. ¿Recibe o transmite las señales wifi? Aún así, debería obtener una cantidad más débil de wifi porque las jaulas de Faraday pueden atenuar la frecuencia de los teléfonos celulares, pero no detenerla por completo.

Las ondas de radio que utilizan los teléfonos móviles tienen frecuencias lo suficientemente pequeñas como para filtrarse a través de pequeños orificios en la jaula, por lo que necesitaría soldar o soldar pequeños huecos en la jaula de Faraday para actuar contra ellos.

Los químicos utilizan jaulas de Faraday para reducir el ruido de fuentes externas mientras realizan mediciones precisas. Los investigadores forenses digitales utilizan bolsas de Faraday, jaulas de Faraday hechas de tela metálica flexible, para evitar el borrado remoto y la alteración de la evidencia criminal.

Las jaulas de Faraday brindan seguridad a las computadoras para frustrar acciones como el espionaje. Los automóviles y aviones actúan esencialmente como jaulas de Faraday al evitar que los pasajeros entren en contacto con cargas eléctricas dañinas.

Las jaulas de Faraday también se utilizan para evitar que los transmisores de radio interfieran con otros equipos y para proteger a las personas y los objetos de las corrientes de rayos y descargas. Los electrodomésticos también los usan. Los microondas tienen protectores para evitar que las ondas salgan de su interior, mientras que los cables de TV reducen la interferencia electromagnética externa para crear imágenes.

La diferente conductividad de los metales puede afectar la forma en que las jaulas de Faraday evitan la entrada de campos eléctricos. El cobre es el más eficaz, utilizado en instalaciones de resonancia magnética hospitalaria y aparatos informáticos, que se puede transformar en latón y aleaciones de bronce fosforoso para fines aún más específicos.

El aluminio también es un buen material porque es fuerte para su peso y tiene una alta conductividad, pero puede oxidarse con el tiempo y no se suelda bien. Otras características en el diseño de las jaulas de Faraday incluyen el precio, la corrosión, el grosor, la maleabilidad, las frecuencias que se bloquean y cómo los materiales mismos pueden formar una jaula.

•••Syed Hussain Ather

Las jaulas de Faraday protegen su interior de los campos eléctricos, un campo de fuerza que rodea partículas cargadas como protones o electrones. La ley de Coulomb se puede utilizar para describir la fuerza eléctrica.micomo

en el cualres el radio entre las partículas cargadas,ε​₀ es un número constante de permitividad de vacío de 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ ymi₁ mi​​₂son las cargas de las partículas.

Cuando está dentro de la jaula, cualquier electricidad que entre en contacto con la superficie exterior se puede medir usando esta fórmula. El campo de red dentro de la jaula permanece cero, protegiendo todo lo que esté dentro de la jaula.

Las cargas en un conductor, como el material conductor de una jaula de Faraday, en equilibrio deben estar lo más separadas posible para que la carga permanezca en la superficie. Esto mantiene el campo eléctrico dentro de cero. Si llevara un objeto con carga positiva al exterior de la jaula, los electrones de la superficie interior se acumularían a su alrededor para cancelarlo.

Si se imaginara en una jaula de Faraday, podría usar diferentes materiales para protegerse de las interferencias electromagnéticas.

El cobre es el elemento más confiable para aplicaciones de imágenes por resonancia magnética (MRI) en medicina para proteger a las personas de los daños de la radiación electromagnética. También es fácil de combinar con otros elementos para crear aleaciones como latón, bronce fosforoso y cobre berilio que tienen valores más altos de conductividad.

El acero pre-estañado es un material rentable que bloquea la entrada de frecuencias más bajas. El acero al carbono es otra opción ideal que puede bloquear las frecuencias que otras aleaciones y elementos pasan por alto. Estos materiales a menudo vienen con estañado para evitar que se corroan.

La aleación de cobre es conocida por ser capaz de resistir la corrosión. El aluminio es otra opción ideal que, si bien necesita examinar su corrosión galvánica y oxidación propiedades, puede servir para una variedad de aplicaciones debido a su buena relación resistencia-peso y alta cantidad de conductividad.

•••Syed Hussain Ather

En 1836, el físico Michael Faraday observó que un conductor cargado almacenaría el exceso de carga dentro del material mismo, no en la cavidad que el conductor encerraba. Cubrió una habitación con papel de aluminio. Con un generador electrostático afuera, notó que no había carga adentro según su electroscopio, un dispositivo que se usa para medir la carga eléctrica. Lo usó para construir una jaula de Faraday para este generador.

Siete años después, Faraday demostró que la carga permanece en la superficie de un conductor para superficies metálicas. Utilizando un cubo de metal con hielo, mostró que la carga eléctrica en una capa de un conductor crea una carga en la superficie interna de la capa. La carga no afectó el volumen interior del caparazón. Usando un electroscopio para medir cargas eléctricas, su experimento se convertiría en el primer experimento cuantitativo sobre carga eléctrica.