Jaula de Faraday, aplicación tecnológicas.

 

Jaula de Faraday, aplicación tecnológicas.

Se conoce como jaula de Faraday al efecto por el cual el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio es nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, de manera que queda cargado positiva mente en la dirección en que va el campo electromagnético y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a 0.

Este fenómeno, descubierto por Michael Faraday, tiene una aplicación importante en aviones o en la protección de equipos electrónicos delicados, tales como discos duros o repetidores de radio y televisión situados en cumbres de montañas y expuestos a las perturbaciones electromagnéticas causadas por las tormentas.

Historia

En 1836, Michael Faraday observó que el exceso de carga en un conductor cargado residía únicamente en su exterior y no tenía ninguna influencia sobre nada encerrada en ella. Para demostrar este hecho, construyó una sala recubierta con papel de aluminio y las descargas de alta tensión permitidas a partir de un generador electrostático golpean el exterior de la habitación. Usó un electroscopio para mostrar que no había ninguna carga eléctrica presente en el interior de las paredes de la habitación.Aunque este efecto jaula se ha atribuido a los experimentos del cubo de hielo de Michael Faraday  realizados en 1843, fue Benjamin Franklin en 1755 quien observó el efecto descendiendo una bola de corcho sin carga suspendida de un hilo de seda a través de una abertura en una lata de metal con carga eléctrica. En sus palabras, «el corcho no fue atraído por el interior de la lata como habría sido en el exterior, y aunque tocó la parte inferior, sin embargo, cuando se sacó no se encontró electrificada (cargada) al tacto, como habría estado tocando el exterior. El hecho es singular». Franklin había descubierto el comportamiento de lo que ahora se refiere como una jaula de Faraday o escudo (basado en experimentos posteriores de Faraday, que duplicaron el corcho y caja de Franklin).

¿Cómo funciona la Jaula de Faraday?

Primero vamos a tratar de comprender cómo funciona la jaula de Faraday.En su experimento original, Faraday utiliza la hoja de metal para recubrir por completo una habitación.A continuación, utiliza un generador electrostático de emitir descargas de alto voltaje y la huelga de los exteriores de la habitación.Una vez que este campo eléctrico externo se aplicó a la sala, los campos eléctricos aplicados ejerce una fuerza sobre los portadores de carga dentro de la habitación. Esto dio lugar a una corriente que se genera hace que los cargos dentro de la sala, se reorganizan. Este reordenamiento de los cargos luego llevó a la cancelación del campo aplicado en el interior, por lo tanto, lo que hace la sala, neutral.Faraday entonces se utiliza un electroscopio. Un electroscopio es un instrumento científico que se utiliza para detectar y medir la carga eléctrica de un cuerpo en particular. El electroscopio reveló que no había carga eléctrica detectada en las paredes interiores de la habitación.Una jaula de Faraday funciona mejor cuando está conectado a la tierra. De esta manera, las cargas electromagnéticas que actúan sobre la caja puede llevarse a cabo sin causar daño en el suelo, manteniendo el contenido de la caja afectada.Por lo tanto, la jaula de Faraday se puede utilizar de dos maneras:Un cascarón vacío, la realización de que no dispone de ningún campo eléctrico, incluso cuando se coloca en un muy fuerte campo eléctrico externo. Los cargos en la superficie que se conduzcan reorganizar de tal manera que el campo eléctrico dentro de la cáscara se convierte en cero.A la inversa también funciona. Si existe la presencia de un campo eléctrico muy fuerte dentro de la cáscara, los cargos en el ámbito exterior de la jaula de Faraday se convertirá en punto muerto.

Aplicaciones en la vida diaria.

A diferencia de otros científicos muy influyentes como Thomas Edison o Nicolás Copernico, Michael Faraday no logró esa "fama" en sus años posteriores. No obstante, muchos de los dispositivos que utiliza a diario, son reales gracias a los estudios y descubrimientos de este científico.

Después de observar como Faraday empezó a revolucionar diversos aspectos de la ciencia, podemos ver claramente sus aplicaciones de la vida diaria. Algunos ejemplos son los que se nombran a continuación:

Seguridad contra relámpagos

Tanto los coches como también pueden ser los aviones, pueden someterse alguna vez a una tormenta eléctrica, y estos debido a su estructura podremos comprobar que en este caso pueden actuar como Jaulas de Faraday para proteger a todo aquel que viaje en su interior.

 

Microondas

Las microondas dentro del horno se encuentran atrapados y se utiliza con el fin de cocinar, donde la cubierta metálica del horno de microondas actúa como una jaula de Faraday. 

Protecciones para los productos electrónicos

Los equipos electrónicos pueden ser blindados y protegidos de la perdida campos electromagnéticos mediante el uso de cables coaxiales que contienen una capa conductora que actúa como una jaula de Faraday.

Trajes de protección para los técnicos que trabajan con materiales de alta tensión

Suelen llevar trajes de protección que actúan como jaulas de Faraday para garantizar su seguridad mientras se trabaja con líneas eléctricas de alta tensión. Estos trajes de protegerlos de electrocutarse.

Motores eléctricos

El primitivo motor de Faraday fue el responsable de los muchos motores eléctricos que aparecieron años después. El modelo inicial propuesto por Faraday era algo complejo, pero, con el paso de los años, ha ido evolucionando hasta los que conocemos hoy en día.

Aislantes e inhibidores

 Muchos sitios suelen tener mala cobertura y esto tiene fácil respuesta desde que conocemos las teorías de Faraday ya que esos sitios pueden tener una estructura metálica, la cual crea una especie de jaula de Faraday, impidiendo que las ondas penetren y salgan del edificio.

Energía hidráulica.

Tanto la energía hidráulica como la dinamo, hacen uso de generadores, los cuales convierten su propio movimiento en energía eléctrica.  Estos generadores parten de muchas teorías propuestas por el científico. También podemos encontrar en los cargadores de móviles o de cualquier otro dispositivo electrónico con batería, ciertos transformadores que viene de sus teorías.

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2.- Preguntas a incluir en comentarios:

- ¿En que consiste el fenómeno de la jaula de Faraday

- ¿Porqué cuando cae un rayo en un coche o avión en su interior estamos a salvo?

- ¿Qué tiene que ver la ley de Gauss en todo esto?

- Aplicaciones de la jaula de Faraday en el desarrollo de la tecnología.

¿Por qué cuando cae un rayo sobre un

automóvil las personas no sufren daño?

¿Por qué el rayo no entra en el interior?

¿Qué tiene que ver la ley de Gauss para el

campo eléctrico en todo esto?

EL CORONAVIRUS Y EL FUTURO DEL PLANETA

El coronavirus y el futuro del planeta El cambio climático, la contaminación y la pérdida de biodiversidad siguen presentes y están conectados con la situación que vivimos. ¿Qué retos deberá afrontar el planeta una vez superada la pandemia? ¿Qué se puede aprender de esta situación?

Hoy, la crisis global sanitaria de COVID-19 salpica todos los rincones. En cada noticiario, cada conversación en casa o en remoto hablamos de lo mucho que deseamos que acabe y que sea un pasado lejano al que mirar desde, por ejemplo, el anhelado verano.

Sin embargo, antes de esta crisis de salud nos enfrentábamos ya como sociedad a enormes desafíos que, lógicamente, han quedado relegados por el acuciante ahora de la emergencia sanitaria. Pero cuestiones como el cambio climático, la contaminación y la pérdida de biodiversidad siguen presentes y conectados con la situación que vivimos.

Ya se vio en China. Y ahora también en Europa y España: la reclusión y la minimización de las actividades comerciales y el transporte debidos al estado de alerta han supuesto una disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero, sobre todo de la industria y del transporte por carretera. En el corto plazo, esto es una buena noticia para la consecución de los objetivos de mitigación de gases de efecto invernadero (GEI).

De forma similar, la contaminación atmosférica en las ciudades se ha reducido e incluso cabría esperar que este hecho redunde en la salud de las personas que habitan estos núcleos, normalmente sometidas a altos niveles de contaminación. De hecho, podríamos aventurarnos a pensar, con todas las cautelas, que las cerca de 10.000 muertes prematuras que se producen al año por la polución del aire en España podrían disminuir notablemente. Un descenso que podemos sumar a los fallecimientos por COVID-19 evitados gracias al confinamiento.

Cuando esta situación pase, problemas como el cambio climático, la contaminación atmosférica en las grandes ciudades o la pérdida de biodiversidad seguirán siendo desafíos de enorme magnitud, frente a los que proponer medidas también urgentes. y ya se pueden vislumbrar estos retos pospoandemia teniendo en cuenta algunos factores relacionados con la crisis actual.

1. Los problemas ambientales del efecto rebote

Si la salida de la cuarentena no es paulatina, escalonada, se producirán picos en el consumo de bienes y servicios. Estos desencadenarán una emisión masiva de GEI y compuestos contaminantes en un modelo de producción y consumo todavía fundamentado en el uso de combustibles fósiles.

El efecto rebote, tan deseado desde el punto de vista económico, entraña un riesgo medioambiental serio. El repunte de emisiones podría incluso compensar la reducción registrada durante la etapa de confinamiento.

2. Concienciación y educación ambiental

Las personas que trabajamos en el ámbito de la ciencia y la sostenibilidad, la sociedad civil y los responsables políticos no podemos perder otra oportunidad de acercar a la ciudadanía las consecuencias de nuestras decisiones y hábitos cotidianos. Cómo nos movemos, cómo trabajamos y cómo nos alimentamos influye profundamente en problemas medioambientales de enorme calado, tiene repercusiones socioeconómicas graves y una incidencia transvesal.

Muy probablemente esté naciendo una conciencia de la colectividad y la corresponsabilidad social determinantes para encarar los muchos desafíos que nos quedan por enfrentar como sociedad en las próximas décadas. Las muestras de generosidad, el apoyo mutuo, la importancia y puesta en valor de servicios públicos esenciales como la sanidad, la educación y la investigación son signos del cambio.

Será necesario también recordar, por ejemplo, que las elevadas tasas de contaminación atmosférica en ciudades como las del norte de Italia o Madrid –con graves consecuencias para la salud, especialmente en poblaciones vulnerables– podrían estar relacionadas con una mayor incidencia de enfermedades cardiorrespiratorias como la COVID-19.

Es por tanto urgente reducir la emisión de GEI para frenar un cambio climático que ya causa el sufrimiento de muchos seres humanos. Un calentamiento global que también puede acelerar la llegada de enfermedades como la que estamos sufriendo. Habremos de recordar que, si seguimos presionando los ecosistemas naturales con un consumo exacerbado de recursos y territorio, podemos acercarnos a focos de contagio. Podemos perder la capacidad de resistir el embate de eventos climáticos extremos. Perderemos, en definitiva, nuestra resiliencia como sociedad.

3. La necesidad de un cambio de sistema

Pero quizás lo anterior no sea suficiente para abordar los cambios estructurales de modelo que se precisan para que la degradación medioambiental y sus consecuencias (pandemias como la de COVID-19, entre ellas) se palíen.

Por ejemplo, la forma en que trabajamos y la forma en que nos relacionamos podrían dejar de ser tan sumamente presencialistas y demandantes de recursos. El teletrabajo podría imponerse como una norma y dejar de ser una excepción. En el ámbito de la investigación, por ejemplo, puede que los congresos y reuniones científicas en remoto sean mucho más frecuentes. Todo ello, con el consiguiente impacto positivo en la mitigación de GEI.

4. La investigación como motor de cambio

Es muy probable, según experiencias previas, que la previsible crisis económica que nos espera tras la salida de la sanitaria se cebe con la inversión en educación e I+D+i. Si como sociedad no evitamos que esto ocurra, el riesgo de limitar nuestra capacidad de enfrentar los desafíos medioambientales antes mencionados (y otros en otros ámbitos directamente relacionados, como el de la salud) crecerá exponencialmente.