Cómo construir una jaula de Faraday

Contenido

• Jaula de Faraday
• Consejos
• Faraday Cage DIY
• Faraday Cage Wifi
• Aplicaciones de la jaula de Faraday
• Física de la jaula de Faraday
• Casa de la jaula de Faraday
• Jaula de Faraday para la historia del generador

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

Desde los albores de la electricidad en física, los científicos han utilizado equipos para protegerse del daño cuando realizan experimentos. Este conocimiento crearía jaulas de Faraday como métodos para evitar que las personas se lastimen por la electricidad.

Jaula de Faraday

Consejos

Cuando un campo eléctrico externo entra en contacto con la jaula, la jaula genera el mismo campo eléctrico como si la carga se hubiera colocado dentro. La superficie se neutraliza con un exceso de carga que fluye 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 redistribuyeron en el otro lado del material a medida que se inducen cargas electrostáticas en la superficie.

Faraday Cage DIY

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

Forme el contenedor en un escudo o jaula de Faraday convirtiéndolo, por ejemplo, en una caja que pueda protegerlo de su entorno. Envuelva el papel de aluminio o las láminas metálicas alrededor del recipiente. 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 agujeros sean más pequeños que la longitud de onda de la radiación electromagnética en la que desea bloquear la entrada.

Algunas instrucciones generales son:

Faraday Cage Wifi

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

Las ondas de radio que usan los teléfonos celulares tienen frecuencias lo suficientemente pequeñas como para filtrarse a través de pequeños agujeros en la jaula, por lo que necesitaría soldar o soldar pequeños espacios en la jaula de Faraday para actuar contra ellos.

Aplicaciones de la jaula de Faraday

Los químicos usan jaulas Faraday para reducir el ruido de fuentes externas mientras hacen mediciones precisas. Los investigadores forenses digitales usan bolsas de Faraday, jaulas de Faraday hechas de tela metálica flexible, para evitar la limpieza remota y la alteración de la evidencia criminal.

Las jaulas de Faraday proporcionan 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. Las 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 que entren campos eléctricos. El cobre es el más efectivo, utilizado en instalaciones de resonancia magnética de hospitales y aparatos informáticos, que se pueden formar en latón y aleaciones de bronce fosforoso para fines aún más específicos.

El aluminio también es un buen material porque es fuerte por 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 están bloqueadas y la forma en que los materiales pueden formarse en una jaula.

Física de la jaula de Faraday

••• Syed Hussain Ather

Las jaulas de Faraday protegen su interior de campos eléctricos, un campo de fuerza que rodea partículas cargadas como protones o electrones. La ley de Coulombs se puede usar para describir la fuerza eléctrica mi como E = e₁ mi₂/ 4πε₀r² en el que _r es el radio entre las partículas cargadas, ε₀ es un número constante de permitividad de vacío de 8.854 × 10⁻¹² F⋅m⁻¹ y _e₁ mi₂ son las cargas de las partículas.

Cuando está dentro de la jaula, cualquier electricidad que entre en contacto con la superficie externa se puede medir con esta fórmula. El campo neto dentro de la jaula permanece en cero, protegiendo 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 cargado positivamente al exterior de la jaula, los electrones en la superficie interna se acumularían a su alrededor para cancelarlo.

Casa de la jaula de Faraday

Si te imaginaste en una jaula de Faraday, podrías usar diferentes materiales para protegerte de la interferencia electromagnética.

El cobre es el elemento más confiable para las aplicaciones de imágenes de resonancia magnética (IRM) 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 el latón, el bronce fosforoso y el cobre berilio que tienen valores más altos de conductividad.

El acero previamente 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 pierden. 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, aunque necesita examinar sus propiedades de corrosión galvánica y oxidación, puede servir para una variedad de aplicaciones debido a su buena relación resistencia / peso y alta cantidad de conductividad.

Jaula de Faraday para la historia del generador

••• Syed Hussain Ather

En 1836, el físico Michael Faraday observó que un conductor cargado almacenaría el exceso de carga dentro del material en sí, no en la cavidad que encerraba el conductor. Cubrió una habitación con papel de aluminio. Con un generador electrostático afuera, notó que no había carga adentro de acuerdo con su electroscopio, un dispositivo utilizado 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. Usando un cubo de metal con hielo, mostró que la carga eléctrica en una carcasa de un conductor crea una carga en la superficie interna de la carcasa. La carga no afectó el volumen interior de la carcasa. Usando un electroscopio para medir cargas eléctricas, su experimento se convertiría en el primer experimento cuantitativo sobre carga eléctrica.