Jaula De Faraday

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación

Liceo Bolivariano “Coronel Mariano Peraza”

Quíbor - Edo. Lara

Integrantes:

Norelys Moreno

Glismar Valenzuela

Angelica Freitez

Emily Giménez

Madelen Torrealba

Prof.: Yehimar Zerpa

Año y Sección: 5to “U”

Quíbor, Marzo del 2013

Índice

Contenido Pág.

Introducción…………………………………………………………………. 3

Nombre del experimento…………………………………………………… 4

Materiales usados en el experimento………………………………………. 4

Cómo se realizó (pasos)……………………………………………………... 4

Qué es una Jaula de Faraday………………………………………………. 4

Quien inventó la Jaula de Faraday………………………………………… 5

Conceptos involucrados…………………………………………………….. 6

Cómo funciona el experimento……………………………………………... 8

Qué concepto físico se evidencia en el experimento………………………. 8

Aplicaciones del experimento en la vida cotidiana………………………... 9

Biografía de Michael Faraday……………………………………………… 10

Anexos………………………………………………………………………… 13

Conclusión……………………………………………………………………... 17

Referencias Bibliográficas…………………………………………………… 18

Introducción

La jaula de Faraday está formada por un recubrimiento metálico, que aísla el campo eléctrico, este provoca que el campo en el interior sea cero, anulando el efecto de campos externos. Cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo se polariza quedando cargado positivamente en la dirección en la que va el campo y cargado negativamente en el sentido contrario del campo. Siendo su suma igual a cero ya que son campos de la misma magnitud pero de sentido contrario.

El principal objetivo de este trabajo es poder profundizar los conocimientos acerca de elementos electrostáticos y campos eléctricos, entender y conocer las aplicaciones funcionales que conllevan a la utilidad de este instrumento.

Nombre del experimento

Jaula de Faraday

Materiales usados en el experimento:

• Filtro de aire de un carro

• Un corte de lata de leche

• Remaches y tornillos

• Pintura negra en aceite

• Segmento de anime

• Pintura al frio

• Pega.

¿Cómo se realizó? (pasos):

Paso 1: se busco u n filtro usado de un carro dónde se le retira el material de adentro filtrante.

Paso 2: se corta un segmento de lámina a una lata de leche, luego se remacha y atornilla un fragmento en la parte superior y otro en forma circular en la parte inferior.

Paso 3: en seguida se lava y pinta la jaula ya armada de color negro.

Paso 4: se corta dos fragmentos de anime de 25cm x 25cm cada uno, donde se perfora el superior para insertar la jaula.

Paso 5: se pinta el anime con pintura al frio marrón y al secar se le coloca pega.

Paso 6: se prueba el experimento con un teléfono celular obteniendo resultados positivos, donde pierde la cobertura.

¿Qué es una Jaula de Faraday?

Una jaula de Faraday es una caja metálica que protege de los campos eléctricos estáticos. Debe su nombre al físico Michael Faraday, que construyo una en 1836. Se emplean para proteger de descargas eléctricas, ya que en su interior el campo eléctrico es nulo.

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.

¿Quién invento la jaula de Faraday?

La jaula de Faraday debe su nombre a su inventor, el científico británico Michael Faraday. Fue inventado en el año 1836. La jaula de Faraday también se conoce como el escudo de Faraday. La jaula de Faraday consiste en un recinto que es de un material que puede contener las cargas de electricidad. Este tipo de recinto tiene la capacidad para bloquear los campos externos, de electricidad estática.

Faraday utilizó una hoja de metal para recubrir por completo una habitación. A continuación, utilizó un generador electrostático que emitía descargas de alto voltaje, colocándolo en los exteriores de la habitación. Una vez que este campo eléctrico externo se aplicó a la sala, los campos eléctricos aplicados ejercen una fuerza sobre los portadores de la carga dentro de la habitación. Esto dio lugar a una corriente que se genera, haciendo que la carga eléctrica dentro de la sala se reorganice. Este reordenamiento de las cargas lleva a la cancelación del campo aplicado en el interior, por lo tanto, lo que hace la sala neutral. Faraday entonces utilizó 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 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 pueden llevarse a cabo sin causar daño en el suelo, manteniendo el contenido de la caja afectada.

Conceptos involucrados en la Jaula de Faraday:

Campo eléctrico: Un campo eléctrico es un campo de fuerza creado por la atracción y repulsión de cargas eléctricas (la causa del flujo eléctrico) y se mide en Voltios por metro (V/m). El flujo decrece con la distancia a la fuente que provoca el campo.

Cargas eléctricas: La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos.

Distribución de cargas eléctricas: En el átomo, los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas; los que se encuentran más cercanos al núcleo están ligados más fuertemente, pero los que se encuentran en las órbitas más alejadas están ligados débilmente, sobre todo en los átomos de los electrones metálicos, por lo cual es fácil que se separen.

Equilibrio electrostático: Se dice que un conductor está en equilibrio electrostático si la densidad de corriente j es cero en todos sus puntos. La densidad de carga en todo punto interior de un conductor en equilibrio electrostático es cero. Todos los conductores tienden al equilibrio electrostático, es decir, si una aglomeración de carga en un conductor se abandona a su propia fuerza, se dispersa hasta que la densidad de carga en todo punto interior al conductor vale cero.

Campo eléctrico estático: Los campos eléctricos estáticos (también conocidos como campos electrostáticos) son campos eléctricos que no varían con el tiempo (frecuencia de 0 Hz). Los campos eléctricos estáticos se generan por cargas eléctricas fijas en el espacio, y son distintos de los campos que cambian con el tiempo, como los campos electromagnéticos generados por electrodomésticos, que utilizan corriente alterna (AC) o por teléfonos móviles, etc.

Descarga eléctrica: Una descarga eléctrica es el pasaje de una corriente eléctrica que se produce entre dos electrodos, a través de un medio que puede ser sólido, líquido o gaseoso. Para que haya una descarga eléctrica es condición previa la existencia de una diferencia de potencial. La descarga tiende al equilibrio de esa diferencia de potencial, para que no caiga esa diferencia es necesaria una fuente productora de tensión en forma permanente, sino no existiría descarga.

Apantallamiento eléctrico: El apantallamiento eléctrico es fruto del solapamiento producido por los campos eléctricos de partículas en movimiento siempre y cuando la velocidad sea menor de 50 kilómetros por hora. Si es mayor, será similar a la de un cohete que viaje a la luna con cargas opuestas. Se da especialmente en gases ionizados (plasma) o en metales. En astrofísica este fenómeno es especialmente importante ya que hace que la carga eléctrica de los objetos astrofísicos se considere irrelevante.

Campo electromagnético: Un campo electromagnético es un campo físico, de tipo tensorial, producido por aquellos elementos cargados eléctricamente, que afecta a partículas con carga eléctrica. Convencionalmente, dado un sistema de referencia, el campo electromagnético se divide en una "parte eléctrica" y en una "parte magnética".

Ley de Gauss: también conocida como teorema de Gauss, establece que el flujo de ciertos campos a través de una superficie cerrada es proporcional a la magnitud de las fuentes de dicho campo que hay en el interior de dicha superficie. Dichos campos son aquellos cuya intensidad decrece como la distancia a la fuente al cuadrado.

Conductor: Un conductor eléctrico es un material que ofrece poca resistencia al movimiento de carga eléctrica.

Aislamiento eléctrico: se produce cuando se cubre un elemento de una instalación eléctrica con un material que no es conductor de la electricidad, es decir, un material que resiste el paso de la corriente a través del elemento que alberga y lo mantiene en su desplazamiento a lo largo del semiconductor. Dicho material se denomina aislante eléctrico.

¿Cómo funciona la Jaula de Faraday:?

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).

Qué concepto físico se evidencia en el experimento

¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬ Una “jaula de Faraday” es un recinto cerrado formado por cubiertas metálicas o por un enrejado de mallas apretadas que impide en el interior la influencia de los campos eléctricos exteriores.

En otras palabras es un volumen cerrado diseñado para excluir campos magnéticos, siendo usada como una aplicación de la ley de Gauss. La ley de Gauss describe las distribuciones de carga en un volumen conductor, como puede ser una esfera, un cilindro, un toroide, etc. Intuitivamente como las cargas de un mismo signo se repelen, entonces éstas van a emigrar hacia la superficie. Para demostrar esta aplicación, el físico Michael Faraday construyó la famosa caja en 1836 para demostrar la ley de Gauss, siendo el científico que describió los conceptos involucrados en las ecuaciones de Maxwell.

El postulado de Faraday sostiene que las cargas en un conductor, sólo se sitúan en la superficie de éste, no teniendo influencia en el interior del cuerpo. Para demostrar el postulado, construyó una habitación cubierta con una capa de metal (que es conocida como la caja de Faraday), permitiendo que descargas de alto voltaje desde un generador electroestático incidieran en la parte de exterior de la habitación. En el interior de la habitación se introdujo un electroscopio (que es un dispositivo que sirve para medir la carga eléctrica), para mostrar que no había carga eléctrica en el interior.

Efecto estipulado en el postulado de Faraday: " Toda la electricidad va hacia la superficie libre de los cuerpos sin producirse difusión en el interior".

Se sigue usando en electrónica y los técnicos la llaman "blindaje” La ley de Faraday de la electrostática dice que: "El flujo de campo electrostático que atraviesa una superficie cerrada es proporcional a la carga neta que se encuentra en el interior de dicha superficie."

Aplicaciones en la vida diaria:

Muchos dispositivos que empleamos en nuestra vida cotidiana están provistos de una jaula de Faraday. Entre ellos están:

• Seguridad contra relámpagos: los carros actúan como jaulas de Faraday para proteger a las personas cuando el vehículo es golpeado por un rayo. La jaula protege el interior del vehículo de los campos eléctricos fuertes.

• Microondas: los microondas dentro del horno se encuentran atrapados y se utiliza con el fin de cocinar en el interior de un horno de microondas, donde la cubierta metálica del horno de microondas actúa como una jaula de Faraday.

• Protecciones para los equipos 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 electricistas: los electricistas 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.

• Evita el ruido molesto de las interferencias entre el teléfono móvil y su altavoz.

• Deja sin señal: (teléfonos móviles, módems, entre otros.)

• Evita interferencias entre altavoces y una frecuencia de radio.

El conocimiento de este fenómeno, permite la fabricación y protección de equipos electrónicos delicados, tales como teléfonos móviles, radios, ordenadores, etc. Todos llevan parte de sus circuitos protegidos por jaulas de Faraday para evitar que entren o salgan de ellos ondas producidas por la electricidad.

Biografía Michael Faraday

(Newington, Gran Bretaña, 1791-Londres, 1867) Científico británico. Uno de los físicos más destacados del siglo XIX, nació en el seno de una familia humilde y recibió una educación básica. A temprana edad tuvo que empezar a trabajar, primero como repartidor de periódicos, y a los catorce años en una librería, donde tuvo la oportunidad de leer algunos artículos científicos que lo impulsaron a realizar sus primeros experimentos.

Tras asistir a algunas conferencias sobre química impartidas por sir Humphry Davy en la Royal Institution, Faraday le pidió que lo aceptara como asistente en su laboratorio. Cuando uno de sus ayudantes dejó el puesto, Davy se lo ofreció a Faraday. Pronto se destacó en el campo de la química, con descubrimientos como el benceno y las primeras reacciones de sustitución orgánica conocidas, en las que obtuvo compuestos clorados de cadena carbonada a partir de etileno.

En esa época, el científico danés Hans Christian Oersted descubrió los campos magnéticos generados por corrientes eléctricas. Basándose en estos experimentos, Faraday logró desarrollar el primer motor eléctrico conocido. En 1831 colaboró con Charles Wheatstone e investigó sobre fenómenos de inducción electromagnética. Observó que un imán en movimiento a través de una bobina induce en ella una corriente eléctrica, lo cual le permitió describir matemáticamente la ley que rige la producción de electricidad por un imán.

Realizó además varios experimentos electroquímicos que le permitieron relacionar de forma directa materia con electricidad. Tras observar cómo se depositan las sales presentes en una cuba electrolítica al pasar una corriente eléctrica a su través, determinó que la cantidad de sustancia depositada es directamente proporcional a la cantidad de corriente circulante, y que, para una cantidad de corriente dada, los distintos pesos de sustancias depositadas están relacionados con sus respectivos equivalentes químicos.

Posteriores aportaciones que resultaron definitivas para el desarrollo de la física, como es el caso de la teoría del campo electromagnético introducida por James Clerk Maxwell, se fundamentaron en la labor pionera que había llevado a cabo Michael Faraday.

Escribió Manipulación química (1827), Investigaciones experimentales en electricidad (1844-1855) e Investigaciones experimentales en física y química (1859). Michael Faraday falleció el 25 de agosto de 1867 en Londres.

Jaula de Faraday Quién invento la jaula de Faraday

Campo eléctrico Descarga eléctrica

Apantallamiento eléctrico Ley de Gauss

Conductor eléctrico Aislamiento eléctrico

Cómo funciona

Aplicaciones en la vida diaria

Biografia

Conclusión

Después de realizar el experimento de la jaula de Faraday se puede concluir lo siguiente: Primero que todo dentro de la jaula de Faraday el fenómeno de campo eléctrico es nulo, por lo cual todos los campos como las ondas que nos rodean no ingresan dentro de esta.

Este fenómeno físico se vio visible dentro de nuestro experimento en el cual un conductor hueco no genera ningún campo en su interior por lo cual la radio dentro de este, dejo de transmitir la frecuencia. De esto se puede deducir que el campo electromagnético, aunque invisible, esta alrededor de nuestras vidas, todo a nuestro alrededor esta lleno de distintos campos.

También se puede deducir que el efecto de la jaula de Faraday no solo se ve en la experimentación, ya que un ejemplo muy cotidiano de esto es un ascensor, donde las paredes hechas de metal, permiten la entrada de débiles campos, por lo cual los celulares no tienen mucha señal dentro de estos.

De acuerdo con todo esto es visible que los fenómenos físicos no solo se dan en un laboratorio, se da en nuestra vida, en todo el planeta, y mucho mas los electromagnéticos de los cuales ya estamos rodeados con toda la tecnología que sale día a día.

Referencias Bibliográficas

Sitios web:

es.wikipedia.org/wiki/Jaula_de_Faraday

acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/.../jaula.html

www.taringa.net/posts/info/1367996/Jaula-de-Faraday.html

es.over-blog.com/Que_es_una_quotJaula_de_Faradayquot_breve_historia_y _tres_aplicaciones_practicas-1228321783-art379979.html

www.jaulafaraday.com/jaula-de-faraday/jaulas-faraday-aplicaciones.html

www.oncriteria.com/.../jaulas-de-faraday-aplicacion-practica-y-su-eficiencia-en-la-practica-q103-56

www.gigahertz.es/la_jaula_de_faraday.html

es.scribd.com/doc/.../jaula-de-faraday-experimento-y-aplicaciones

www.buscabiografias.com/bios/biografia/.../Michael%20Faraday

es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Gauss

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