Jaula de Faraday

Una jaula de Faraday o escudo de Faraday es un recinto utilizado para bloquear ciertos campos electromagnéticos . Un escudo de Faraday puede estar formado por una cubierta continua de material conductor o, en el caso de una jaula de Faraday, por una malla de dichos materiales. Las jaulas de Faraday reciben su nombre del científico Michael Faraday , quien construyó la primera en 1836. ^{[ 1 ]}

Las jaulas de Faraday funcionan porque un campo eléctrico externo provoca que las cargas eléctricas dentro del material conductor de la jaula se distribuyan de tal manera que se anule el efecto del campo en su interior. Este fenómeno se puede utilizar para proteger equipos electrónicos sensibles (por ejemplo, receptores de radiofrecuencia ) de interferencias de radiofrecuencia (RFI) externas , a menudo durante las pruebas o la alineación del dispositivo. Las jaulas de Faraday también se utilizan para proteger a personas y equipos contra corrientes eléctricas como rayos y descargas electrostáticas , ya que la jaula conduce la corriente eléctrica alrededor del espacio cerrado, impidiendo que esta penetre en el interior.

Las jaulas de Faraday no pueden bloquear campos magnéticos estables o de variación lenta, como el campo magnético terrestre (una brújula seguirá funcionando en su interior). Sin embargo, en gran medida, protegen el interior de la radiación electromagnética externa si el conductor es lo suficientemente grueso y cualquier orificio es significativamente menor que la longitud de onda de la radiación. Por ejemplo, ciertos procedimientos de prueba de sistemas electrónicos forenses informáticos que requieren un entorno libre de interferencias electromagnéticas pueden llevarse a cabo dentro de una sala blindada. Estas salas son espacios completamente cerrados por una o más capas de una malla metálica fina o chapa metálica perforada. Las capas metálicas están conectadas a tierra para disipar cualquier corriente eléctrica generada por campos electromagnéticos externos o internos, bloqueando así una gran cantidad de interferencias electromagnéticas (véase también blindaje electromagnético ). Proporcionan menor atenuación de las transmisiones salientes que de las entrantes: pueden bloquear las ondas de pulso electromagnético (EMP) de fenómenos naturales de forma muy eficaz, pero, especialmente en frecuencias altas, un dispositivo de rastreo podría penetrar desde el interior de la jaula (por ejemplo, algunos teléfonos móviles operan en varias radiofrecuencias, por lo que, si bien una frecuencia puede no funcionar, otra sí).

La recepción o transmisión de ondas de radio , una forma de radiación electromagnética , hacia o desde una antena dentro de una jaula de Faraday se ve fuertemente atenuada o bloqueada por la jaula; sin embargo, la atenuación de una jaula de Faraday varía según la forma de onda, la frecuencia, la distancia al receptor o transmisor y la potencia de estos. Las transmisiones de alta frecuencia y corto alcance, como las RFID de alta frecuencia , tienen mayor probabilidad de penetrar. Las jaulas sólidas generalmente atenúan los campos en un rango de frecuencia más amplio que las jaulas de malla.

En 1754, Jean-Antoine Nollet publicó un relato del efecto jaula en sus Leçons de physique expérimentale . ^{[ 2 ]}

En 1755, Benjamin Franklin observó el efecto al bajar una bola de corcho sin carga, suspendida de un hilo de seda, a través de una abertura en una lata metálica cargada eléctricamente. El comportamiento es el de una jaula o escudo de Faraday. ^{[ 3 ]}

En 1836, Michael Faraday observó que la carga sobrante en un conductor cargado residía únicamente en su superficie exterior y no influía en nada que estuviera dentro. Para demostrarlo, construyó una habitación recubierta con papel de aluminio y permitió que descargas de alto voltaje de un generador electrostático incidieran en el exterior de la habitación. Utilizó un electroscopio para demostrar que no había carga eléctrica en el interior de las paredes de la habitación.

• Las jaulas de Faraday se utilizan habitualmente en química analítica para reducir el ruido al realizar mediciones sensibles.
• Las jaulas de Faraday, más concretamente las bolsas de Faraday con costuras dobles, se utilizan a menudo en la informática forense para evitar el borrado remoto y la alteración de pruebas digitales delictivas.
• Las bolsas Faraday son bolsas de seguridad blindadas fabricadas con materiales metálicos que se utilizan para contener dispositivos y protegerlos de las transmisiones electromagnéticas en una amplia gama de aplicaciones, desde mejorar la privacidad digital de los teléfonos móviles hasta proteger las tarjetas de crédito contra el robo de datos mediante RFID .
• Las normas Tempest de EE. UU. y la OTAN , y normas similares en otros países, incluyen jaulas de Faraday como parte de un esfuerzo más amplio para proporcionar seguridad en materia de emisiones para los ordenadores.
• Los habitáculos de los automóviles y los aviones son esencialmente jaulas de Faraday, que protegen a los pasajeros de las cargas eléctricas, como los rayos.
• Los componentes electrónicos de automóviles y aeronaves utilizan jaulas de Faraday para proteger las señales de interferencias. Entre los componentes sensibles se incluyen los cierres de puertas inalámbricos, los sistemas de navegación/GPS y los sistemas de advertencia de salida de carril . Las jaulas y blindajes de Faraday también son fundamentales para los sistemas de infoentretenimiento de los vehículos (por ejemplo, unidades de visualización de radio, Wi-Fi y GPS), que pueden diseñarse para funcionar como circuitos críticos en caso de emergencia. ^{[ 5 ] [ 6 ]}
• Una bolsa de refuerzo (bolsa de compras forrada con papel de aluminio ) actúa como una jaula de Faraday. Los ladrones de tiendas la suelen usar para robar artículos con etiquetas RFID . ^{[ 7 ]} Se utilizan contenedores similares para resistir el robo de datos RFID .
• Los ascensores y otras salas con marcos y paredes metálicas conductoras simulan el efecto de jaula de Faraday, lo que provoca la pérdida de señal y la creación de zonas sin cobertura para los usuarios de teléfonos celulares , radios y otros dispositivos electrónicos que requieren señales electromagnéticas externas. Durante el entrenamiento, se advierte a los bomberos y demás personal de primera respuesta que sus radios bidireccionales probablemente no funcionarán dentro de los ascensores y que deben tenerlo en cuenta.
• Los ingenieros electrónicos utilizan pequeñas jaulas de Faraday físicas durante las pruebas de los equipos para simular un entorno de este tipo y asegurarse de que el dispositivo funcione correctamente en estas condiciones.
• La ropa conductora diseñada adecuadamente también puede formar una jaula de Faraday protectora. Algunos electricistas usan trajes de Faraday, que les permiten trabajar en líneas eléctricas de alta tensión sin riesgo de electrocución. El traje impide que la corriente eléctrica circule por el cuerpo y no tiene un límite de voltaje teórico. Los electricistas han trabajado con éxito incluso en líneas de altísima tensión (la línea Ekibastuz-Kokshetau de Kazajstán, de 1150 kV) de forma segura.
• La sala de exploración de una máquina de resonancia magnética (RM) está diseñada como una jaula de Faraday. Esto impide que las señales de radiofrecuencia (RF) externas se sumen a los datos recopilados del paciente, lo que afectaría la imagen resultante. Los técnicos están capacitados para identificar los artefactos característicos que se generan en las imágenes si la jaula de Faraday se daña, por ejemplo, durante una tormenta eléctrica .
• Un horno microondas utiliza un escudo de Faraday parcial (en cinco de sus seis lados interiores) y una jaula de Faraday parcial, que consiste en una malla de alambre, en el sexto lado (la ventana transparente), para contener la energía electromagnética dentro del horno y proteger al usuario de la exposición a la radiación de microondas. ^{[ 8 ]}
• Las bolsas de plástico impregnadas de metal se utilizan para envolver los dispositivos electrónicos de cobro de peaje cuando no se deben cobrar peajes a dichos dispositivos, como por ejemplo durante el tránsito o cuando el usuario paga en efectivo.
• El blindaje de un cable apantallado , como los cables USB o el cable coaxial utilizado para la televisión por cable, protege los conductores internos del ruido eléctrico externo e impide que las señales de radiofrecuencia se filtren.
• Los componentes electrónicos de algunos instrumentos musicales, como la guitarra eléctrica , están protegidos por jaulas de Faraday hechas de láminas de cobre o aluminio que protegen las pastillas electromagnéticas del instrumento de las interferencias de los altavoces, amplificadores, luces de escenario y otros equipos musicales.
• Algunos edificios, como las prisiones, se construyen como jaulas de Faraday porque tienen razones para bloquear tanto las llamadas entrantes como las salientes de los teléfonos celulares de los prisioneros. ^{[ 9 ] [ 10 ]}
• La sala de exposiciones del Observatorio Green Bank es una jaula de Faraday para evitar interferencias con el funcionamiento de sus radiotelescopios . ^{[ 11 ]}

• Pararrayos
• Cámara anecoica
• Bolsa antiestática
• Textil conductor
• Sombrero de papel de aluminio
• Ley de Gauss
• inhibidor de teléfonos móviles
• Mu-metal
• Manta de Mylar
• Bobina de Tesla
• Generador de Van de Graaff

• Jaula de Faraday que protege de 100.000 V:: Physikshow Uni Bonn
• Apuntes de una clase de física sobre jaulas de Faraday de la Universidad Estatal de Michigan.
• Jaula de Faraday fabricada en India
• Richard Hammond, presentador de Top Gear, está protegido de 600.000 voltios por un coche (una jaula de Faraday).