El brillante científico e inventor del siglo XIX, Michael Faraday, es conocido por su activo trabajo con la electricidad, el campo electromagnético y los fenómenos físicos relacionados. Uno de los descubrimientos más significativos fue una estructura protectora llamada jaula de Faraday. A continuación entenderemos qué es y qué valor práctico representa la invención.
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¿Qué es una jaula de Faraday?
Una jaula de Faraday es una caja con paredes hechas de un metal altamente conductivo. El diseño no requiere una conexión de alimentación externa, pero, por regla general, está conectado a tierra. El efecto físico de la célula se manifiesta bajo la influencia de un factor externo, que es la radiación electromagnética.
Las primeras construcciones que demostraron el efecto de protección parecían una célula normal, lo que dio nombre a este fenómeno.De hecho, las paredes de alambre o perforadas de la "caja" son convenientes para el control visual de objetos o dispositivos ubicados dentro de un espacio confinado, pero pueden reemplazarse fácilmente por sólidos. Lo principal es que el material es conductor.
Principio de operación
La acción de la jaula de Faraday se basa en que la carga, cuando entra en el conductor, se distribuye en su superficie, mientras que el interior permanece neutro. De hecho, toda la celda, que consiste en un material conductor, es un solo conductor, cuyos "extremos" adquieren la carga opuesta. La corriente eléctrica resultante crea un campo que compensa las influencias externas. La fuerza del campo eléctrico en la parte interior de tal estructura es cero.
Curiosamente, si el campo se genera dentro de la celda, entonces el efecto también funciona. Sin embargo, en este escenario, la carga se distribuirá sobre la superficie interna de la rejilla u otro plano conductor y no podrá penetrar hacia el exterior.
En terminología inglesa, CF suena como “escudo de Faraday”, es decir, “escudo/pantalla de Faraday”. Este concepto transmite bien la esencia del dispositivo que, como un escudo o una pantalla protectora, refleja los rayos que inciden en su contenido.
Cabe recordar que el efecto de blindaje solo funciona en un campo magnético alterno. No interfiere con un efecto magnético constante o ligeramente variable, por ejemplo, el potencial magnético natural de la Tierra.
Para determinar si la cámara de Faraday reflejará la radiación de alta frecuencia, basta con conocer el tamaño de las celdas de la rejilla (si la parte conductora tiene forma de jaula) y la longitud de onda de la onda actuante.La construcción es efectiva si el segundo valor es mayor que el primero.
Ámbitos de aplicación del efecto CF
El efecto descubierto por Faraday no solo tiene significado científico, sino también una aplicación práctica bastante amplia. El ejemplo más simple de una jaula de Faraday se puede encontrar en la vida cotidiana, está presente en casi cualquier cocina: este es un horno de microondas. Cinco paredes de su cuerpo están hechas de placas de acero bastante gruesas, y entre las dos capas de vidrio de las puertas hay una capa de metal con perforaciones para una mejor visibilidad.
cabina de radiofrecuencia
Una cabina de radiofrecuencia es una habitación aislada de los efectos de las emisiones eléctricas, magnéticas y de radio, generalmente de un área pequeña. Sus paredes, piso y techo están equipados con rejillas altamente conductoras que forman una jaula cerrada pero invisible.
salas de resonancia magnética
Los equipos de alta precisión, como un tomógrafo médico para el diagnóstico por resonancia magnética, requieren una cuidadosa protección contra las ondas electromagnéticas externas. La más mínima influencia exterior puede afectar el resultado del estudio, por lo que la sala en la que se encuentra la unidad de resonancia magnética está completamente protegida.
laboratorios
En la investigación de laboratorio, para obtener resultados precisos, es importante no solo utilizar equipos avanzados, sino también protegerlos de manera confiable de factores externos como campos magnéticos y eléctricos.
Debe entenderse que esto se refiere no solo a la radiación direccional de fuentes específicas, sino también al ruido electromagnético que está constantemente presente en la atmósfera, especialmente en áreas pobladas y en sus cercanías.
Para un blindaje de alta calidad de equipos con efecto CF, se requieren cálculos de diseño especializados e instalación profesional.
Trajes de Protección
Para las personas que trabajan en áreas con alta probabilidad de descarga eléctrica, se han desarrollado trajes especiales. Su capa superior está hecha de tela que contiene metal y está separada del cuerpo por un material aislante. En caso de corriente estática o eléctrica residual, la carga fluye por la cubierta exterior del kit.
La ropa de protección es indispensable cuando se trabaja con líneas de alta tensión. Incluso sin energía, retienen un nivel peligroso de carga estática debido a muchos kilómetros de cables eléctricos.
en el mundo del entretenimiento
El efecto CF, que se muestra de forma colorida en el escenario, es muy espectacular. En este caso, a menudo no se usa una jaula simple, sino un caparazón aparentemente sin peso hecho de malla gruesa, o incluso un traje especialmente diseñado que se parece a la ropa común. En este caso, la corriente se suministra de la manera más eficaz posible, por ejemplo, utilizando bobinas de Tesla o dispositivos similares que crean una carga a partir de un generador electrostático.
Hacer una jaula de Faraday con tus propias manos.
En la vida cotidiana, la fabricación de un CF casero puede ser necesaria para "ocultar" los dispositivos de la acción de varias ondas que pueden causar perturbaciones en el "relleno" electrónico sensible.
Un ejemplo de tal diseño es una caja de madera contrachapada terminada de cierta manera. Dado que el contrachapado actúa como capa aislante, debe estar perfectamente limpio y seco. Puede ensamblar la caja con sus propias manos o llevarla lista; lo principal es que se ensamble sin el uso de clavos u otros sujetadores metálicos. El montaje se lleva a cabo en varias etapas:
- La lámina para alimentos se divide en segmentos, según el tamaño de las paredes de madera contrachapada o sus espacios en blanco.
- Las superficies de la futura caja están recortadas con papel de aluminio desde el exterior. En este caso, su lado brillante debe estar hacia afuera.
- Las paredes se sujetan desde el interior con cinta adhesiva y se colocan un par de alfombrillas de ratón en el fondo de la caja.
- Se verifica cuidadosamente que en la posición cerrada de la tapa, la capa de lámina forme una capa continua, sin los más mínimos huecos y roturas.
La segunda opción supone que un tanque de metal de bricolaje (bandeja, caja, caja, etc.) sirve como base de la jaula de Faraday, dentro del cual el aislamiento está hecho de cartón, la misma madera contrachapada u otro material. La condición de un ajuste perfecto de la tapa para este diseño no es menos importante que para el descrito anteriormente.
¿Necesito hacer conexión a tierra?
No hay consenso sobre la necesidad de poner a tierra el CF. Es obligatorio poner a tierra grandes estructuras y aquellas que pueden verse afectadas por una descarga eléctrica especialmente potente.
La conexión a tierra, por supuesto, protege contra situaciones de emergencia cuando la fuerte carga acumulada puede "atravesar" el aire y golpear a un objeto o persona cercana.
Prueba de una jaula de Faraday casera
Para probar el principio de la jaula de Faraday en la práctica, lo más conveniente es utilizar una radio compacta alimentada por batería. Debe encenderse al máximo volumen y sintonizarse en el canal FM más potente disponible. Si la celda está funcionando, la radio en ella se silenciará.
Si el receptor es al menos un poco, pero audible, significa que no se pudo lograr un apantallamiento del cien por cien, y se deben buscar brechas en la capa conductora.
Adecuado para probar cámaras y teléfonos móviles autoensamblados. Una vez dentro, dejará de recibir señales de las estaciones base, es decir, cuando le llames, escuchará el mensaje correspondiente del informante automático del operador móvil.
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