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La jaula de Faraday. ¿Qué es la Jaula de Faraday?.
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¿Qué es la Jaula de Faraday? Una jaula de Faraday es una caja metálica que protege de los campos eléctricos estáticos. Se emplean para proteger de descargas eléctricas, ya que en su interior el campo eléctrico es nulo. Debe su nombre al físico Michael Faraday, quien construyó una en 1836.
Michael Faraday • Newington, 22 de septiembre de 1791 - Londres, 25 de agosto de 1867. • Estudió el electromagnetismo y la electroquímica. • Ha sido conocido principalmente por: - Descubrimiento de la inducción electromagnética. - Descubrimiento de las leyes de la electrólisis. • Es considerado como el fundador del electromagnetismo y la electroquímica.
Michael Faraday • Michael Faraday fue un científico tan importante en este ámbito que se denominó faradio (F), en su honor, a la unidad de capacidad eléctrica del SI de unidades.
Efecto “Jaula de Faraday” • El efecto jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo. • Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la dirección en que va el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. • La suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0.
Efecto “Jaula de Faraday” • Esto se pone de manifiesto en nuestra vida cotidiana ya que muchos de los dispositivos que empleamos a menudo están provistos de una jaula de Faraday (microondas, escáneres, cables, etc). • Otros dispositivos, sin estar provistos de una jaula de Faraday actúan como tal (ascensores, coches, aviones, etc). • Por esta razón se recomienda permanecer en el interior del coche durante una tormenta eléctrica.
Efecto “Jaula de Faraday” • Una manera de comprobarlo es con una radio sintonizada en una emisora de Onda Media. Al rodearla con un periódico, el sonido se escucha correctamente. Sin embargo, si se sustituye el periódico con un papel de aluminio la radio deja de emitir sonidos: el aluminio es un conductor eléctrico y provoca el efecto jaula de Faraday. • Video demostración: • http://www.youtube.com/watch?v=7RKh2JWXx30
Funcionamiento • El funcionamiento de la jaula de Faraday se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio electrostático. Cuando la caja metálica se coloca en presencia de un campo eléctrico externo, las cargas positivas se quedan en las posiciones de la red; los electrones, sin embargo, que en un metal son libres, se mueven en sentido contrario al campo eléctrico y, aunque la carga total del conductor es cero, uno de los lados de la caja (en el que se acumulan los electrones) se queda con un exceso de carga negativa, mientras que el otro lado se queda sin electrones (carga positiva).
Funcionamiento • Como en el interior de la caja no hay campo, ninguna carga puede atravesarla; por ello se emplea para proteger dispositivos de cargas eléctricas. El fenómeno se denomina apantallamiento eléctrico.
Demostración teórica • Supongamos el conductor sin equilibrio electrostático. Suponiendo que la carga en el interior del conductor es nula, el potencial V en el interior del conductor cumple la ecuación de Laplace, siendo R la región ocupada por el interior del conductor: • Dado que el conductor está en equilibrio en su superficie no hay corrientes, de modo que el potencial en su superficie es constante: • En virtud del teorema de unicidad del potencial, el potencial que cumple tales condiciones es único y puede verse que la solución es trivialmente: • El campo eléctrico en el interior vendrá dado por el gradiente del potencial: • De modo que el campo eléctrico en el interior del conductor es nulo.
