Jaula de Faraday

Cuando una carga eléctrica se acumula en el exterior de una caja metálica, los electrones en el metal que la conforman, se desplazan para anular toda carga que se encuentre en la parte interna. Esto precisamente es lo que descubrió Michael Faraday con la jaula de Faraday, que no se puede hacer pasar una carga eléctrica al interior de una caja de metal o cubierta con una malla eléctrica.

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Carga eléctrica

¿Qué es la jaula de Faraday?

La jaula de Faraday, realizada en 1836 por el británico Michael Faraday, es un recipiente rectangular o cuadrado donde al estar formado por un material conductor, como el aluminio o metal, hace que la concentración de campos eléctricos externos sean nulos, y a su vez, en el interior se genere un conductor en equilibrio nulo, adecuándose para que uno de los lados de la caja se mantenga con la carga negativa, y el otro lado quede sin electrones, produciendo únicamente una carga positiva.

En qué consiste la jaula de Faraday

La jaula de Faraday consiste en un envase conformado por un material conductor, como el caso de una malla de alambre o varias planchas de metal, lo que hace que la concentración de campos electrostáticos genere que en su interior, no se produzcan intercambios de cargas eléctricas, sirviendo de protección o de blindaje eléctrico y generando que todas sus cargas negativas radiquen en un sólo lado de la jaula y no se mezclen con las cargas positivas.

El aislamiento o impedimento de penetración de cargas eléctricas, conocido como efecto Faraday, radia en un conductor de equilibrio nulo el cual anula los campos externos y se polariza de manera que queda únicamente con cargas positivas en dirección en que va el campo electromagnético, y los electrones (carga negativa), al sentido contrario. Produciendo que el conductor al polarizarse genere un campo eléctrico donde las cargas serían nulas.

Funcionamiento

El debido funcionamiento de una jaula de Faraday se sustenta en las propiedades encontradas en el conductor electrostático, ya que al colocarse la caja de metal o aluminio en presencia de un campo eléctrico externo, las cargas positivas quedan atrapadas en la red; los electrones a su vez, se mueven al sentido contrario del campo eléctrico. Aunque la carga total del conductor sea cero, uno de los lados de la caja se mantiene con un exceso de carga negativa, generando a su vez que el otro lado se quede sin electrones, produciendo únicamente carga positiva. La caja metálica (o en su defecto, de aluminio), es capaz de repeler las cargas positivas encontradas en su posición original, mientras que los electrones (de carga negativa), se acomodan en sentido contrario al campo magnético generado (lo repele), formando así uno de los lados del contenedor con exceso de carga negativa, mientras el otro lado se queda sin carga.

Su funcionamiento en la cotidianidad radica, por ejemplo, en el uso de los microondas para el calentamiento de alimentos. A su vez, inventos como el automóvil, que es capaz de proteger de un impacto eléctrico producido por un rayo a sus ocupantes; como dispositivos electrónicos, como teléfonos móviles, dispositivos de audio, entre otros; dado a que estos emplean el principio de la jaula de Faraday con el fin de evitar interferencias y ruidos entre otros altavoces y micrófonos. 

Aplicaciones y usos de una jaula de Faraday

La aplicación y utilidad de una jaula de Faraday se sigue usando en dispositivos de la cotidianidad, donde no sólo Faraday revoluciona aspectos de la ciencia sino de la vida diaria en general, como por ejemplo:

• Presentar seguridad contra relámpagos o rayos: Tanto como los automóviles como los aviones, se encuentra sometidos a la intemperie de una tormenta con carga eléctrica, estos medios de transporte deben proteger a sus tripulantes, por dicho motivo, su estructura se acondiciona como una jaula de Faraday, brindando seguridad en su interior.
• La necesidad de trajes de protección: Tanto como técnicos como especialistas en trabajar con materiales de alta tensión y cargas de electricidad, se ven expuestos al ser afectados por el medio en el que trabajan, por lo tanto, se realizan trajes de protección, los cuales actúan como jaulas de Faraday al repeler las cargas de alta tensión, protegiendo al usuario de recibir un impacto eléctrico.
• Los motores eléctricos: El prototipo de motor de Faraday sirvió de punto de partida para los motores eléctricos que logran verse años posteriores, el propuesto por Faraday era primitivo pero a su vez complejo, lo que hace que se conozcan a los motores como hoy en día.
• Los aislantes e inhibidores: A partir de las teorías de Faraday se observa que algunos lugares pueden demandar cierta estructura metálica la cual a su vez crea una especie de jaula de Faraday, esto en la cotidianidad genera que algunos sitios sufran de mala cobertura dado a que se impiden que las ondas salgan del edificio.

Cómo hacer una jaula de Faraday

El procedimiento para la realización de una jaula de Faraday requiere de la utilización de materiales como: un recipiente o envase de un material conductor, por ejemplo, una malla de alambre o metal, lo que proporcionará que se encierren los campos eléctricos externos. Tijeras de trabajo pesado, listones de madera, grapadora y grapas.

Pasos

• Se prosigue realizando un rectángulo con la malla de alambre o de metal, puede ser de más o menos unas 8 x 16 pulgadas, cortando este rectángulo con las tijeras de trabajo.
• Se pasa a medir los listones de madera de más o menos unas 8 pulgadas de longitud y unos 5 listones.
• Se extiende el rectángulo ya recortado de la malla, cuidando que quede plano.
• Se pasa a engrapar los listones de madera a la malla rectangular con la grapadora.
• El primer listón se ubica al final de la malla, el segundo a 5,5 pulgadas del primero, el tercer a 2,5 pulgadas de esta segunda, el tercero otra vez a 5,5 pulgadas de este último, y el quinto listón quedando al extremo de la malla.
• Los listones de madera cumplen una función abrazadera, así que se debe doblar la malla en cada tira para formar una caja rectangular que será la jaula de Faraday.

Historia de la jaula de Faraday

A comienzos de 1831, el británico Michael Faraday con estudios tanto en la física como en la química empezó a experimentar llegando a indicios que le llevaron al descubrimiento de la inducción electromagnética; para luego centrarse en trabajar la electricidad estática, donde logra percatarse del exceso de carga que se hallaba en un sólo conductor, el cual se encontraba sólo en su exterior, no contaba con ninguna influencia. Entonces, el científico quiso probar ante el mundo lo que había descubierto. Para ello, empezó a acondicionar una sala con papel de aluminio para que las descargas de alta tensión producidas a partir de un generador electrostático resonaran al exterior de la habitación. Faraday plantea el uso del electroscopio con la finalidad de demostrar que no se encontraba ninguna carga eléctrica presente dentro de la habitación sino sólo afuera.

Faraday logra demostrar esto al realizar un experimento en el que usó una cubeta de hielo y una esfera de metal, descendiendo así la esfera cargada de electricidad estática a un balde metálico sobre una silla de madera que sirvió de aislamiento para el balde del suelo. Cuando esta esfera logró bajar y entrar a balde sin tocarlo, las cargas encontradas sobre la superficie del balde se redistribuyeron a partir de la inducción electrostática, dando pie al principio conocido como jaula de Faraday.