Jaula de faraday fisica

Jaula de faraday fisica

Jaula de faraday de bolsillo silenciosa…

Entiendo cómo funciona una jaula de Faraday. Las cargas dentro del conductor se reorganizan para cancelar el campo eléctrico aplicado, etc. Sin embargo, si miras el siguiente gif de Wikipedia, el campo continúa después de la jaula.

Digamos que la jaula de Faraday se construye con un conductor eléctrico perfecto (PEC). Para un PEC, el coeficiente de reflexión es -1, por lo que la onda incidente se refleja completamente y no hay transmisión. Esto viene de la forma diferencial de la ley de Ohm, J=sigma*E donde sigma es la conductividad. La conductividad PEC es infinita, por lo que si hay un campo eléctrico tendríamos una densidad de corriente infinita que no es física.

En la práctica, una jaula de Faraday no produce un simple dipolo, sino una distribución de campo con todos los multipolos necesarios para cancelar el campo externo dentro de la jaula; la expresión matemática puede complicarse bastante si la jaula tiene alguna forma no esférica como tu rectángulo. Pero se aplica el mismo principio general: la cancelación de los campos en el interior de la jaula no conduce a un campo cero en el exterior.

¿son ilegales las jaulas de faraday?

Veo muchas discusiones sobre cómo una jaula de Faraday puede bloquear las señales EM, pero casi nadie aborda la posible diferencia entre las señales entrantes y las salientes. Me parece que son situaciones diferentes.

Sin embargo, en el caso simple en el que se coloca una carga puntual en el centro de la esfera, la carga en la superficie se redistribuye de tal manera que el campo EM fuera de la esfera es como si la esfera no estuviera allí.

**Edición: Utilicé el término «Jaula de Faraday» porque es de uso común y hace que esta discusión sea más fácil de encontrar para otros. Pero estoy preguntando sobre un caso muy idealizado de una cáscara esférica superconductora con una carga dentro pero no conectada a la cáscara. Para mí es un buen punto de partida para entender las jaulas de Faraday reales.

Por cierto: Un profesor de física me dijo una vez que ésta es una de las pocas cosas en las que Feynman se equivoca en sus conferencias. Lo que demuestra lo fácil que es equivocarse. O un profesor de física de una gran universidad se equivoca en esto o Feynman.

Faraday defense 5 yardas esd…

Los contenedores de metales como el cobre, el acero o el aluminio funcionan bien como jaula de Faraday para blindar las ondas electromagnéticas de una amplia gama. Pero si nos vamos al extremo de las radiaciones de muy alta energía (como los rayos gamma), estos contenedores utilizados no pueden evitar que los rayos penetren en su interior.¿Por qué?

La respuesta se puede entender con un modelo clásico muy sencillo de un metal que es un plasma neutro de electrones básicamente libres e iones atómicos inmóviles con carga positiva. A bajas frecuencias (radio y microondas) los electrones siguen el campo eléctrico oscilante de las ondas em y disipan la energía mediante colisiones con los fonones, atenuando así la penetración de las ondas. A frecuencias más altas, los electrones ya no pueden seguir el campo eléctrico y las colisiones se vuelven ineficaces. Por encima de una frecuencia crítica llamada frecuencia de plasma, que depende de la concentración de electrones (alrededor de 10^23 cm-3 en los metales), los metales se vuelven prácticamente transparentes a las ondas electromagnéticas. En los metales comunes esto ocurre en el rango ultravioleta del espectro óptico. Por lo tanto, las radiaciones electromagnéticas de alta energía, como los rayos X y gamma, no están protegidas por las jaulas metálicas de Faraday.

Ejemplo de jaula de faraday

Estaba leyendo algunos artículos sobre rayos y me encontré con el término «jaula de Faraday». Sé que se refiere a un recinto hecho de un conductor que puede bloquear los campos eléctricos. Pero lo que quiero saber es la física que hay detrás en términos de cargas y campos eléctricos.

Si uno se encuentra dentro de la jaula y ésta recibe una gran chispa, como un rayo o una descarga electrostática deliberada, la corriente resultante permanecerá en el exterior de la jaula y no pasará ninguna corriente en su interior, siempre que el tamaño de la malla de la jaula sea lo suficientemente pequeño y grueso, es decir, que los espacios entre los cables sean menores que la longitud de onda de la radiación externa.

Los campos electromagnéticos aplicados externa o internamente producen fuerzas sobre los portadores de carga (normalmente electrones) dentro del conductor; las cargas se redistribuyen en consecuencia (es decir, se generan corrientes eléctricas). Una vez que las cargas se han reordenado de forma que se anula el campo aplicado en el interior, las corrientes se detienen.

Animación que muestra el funcionamiento de una jaula de Faraday (caja). Cuando se aplica un campo eléctrico externo (flechas), los electrones (bolitas) del metal se desplazan hacia el lado izquierdo de la jaula, dándole una carga negativa, mientras que la carga desequilibrada restante de los núcleos da una carga positiva al lado derecho. Estas cargas inducidas crean un campo eléctrico opuesto que anula el campo eléctrico externo en toda la caja.

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