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Hay una buena posibilidad de que el avión que abordó durante un vuelo haya sido alcanzado por un rayo. Según la Administración Federal de Aviación, un avión es alcanzado por un rayo cada 1000 horas de vuelo aproximadamente. Hay alrededor de 10,000 aviones en el aire en un momento dado, por lo que las probabilidades de que uno de ellos sea alcanzado por un rayo son bastante altas. Pero de alguna manera no ha habido un solo accidente o fatalidad debido a un rayo en la historia de la aviación y tenemos que agradecer a la física.

El cuerpo de un avión está diseñado para estar completamente encapsulado con aluminio, lo que permite que la corriente eléctrica fluya únicamente a través de la capa exterior o exterior del planeta y salga por la cola, manteniendo el interior del avión libre de carga eléctrica. Esencialmente, un avión es una jaula de Faraday gigante.

¿Qué es una jaula de Faraday?

Una jaula de Faraday, también conocida como escudo de Faraday, es un recinto conductor que protege todo lo que está dentro de los campos electromagnéticos al redistribuir las cargas eléctricas en la superficie del conductor, lo que a su vez cancela el efecto de los campos en el interior de la jaula. El concepto y el fenómeno físico subyacente fueron demostrados por primera vez por el científico inglés Michael Faraday en 1836.

Faraday realizó muchos experimentos a principios del siglo XIX que contribuyeron en gran medida a nuestra comprensión del electromagnetismo. El físico y químico inglés fue el primero en demostrar que un campo magnético produce una corriente eléctrica, descubrió el efecto del magnetismo en la luz e inventó el primer motor eléctrico y la dinamo.

Durante uno de estos experimentos, Faraday notó que un conductor eléctrico solo lleva una carga eléctrica en su superficie, mientras que el interior del conductor no se ve afectado en absoluto.

Michael Faraday. Crédito: dominio público.

Faraday se dispuso a investigar este fenómeno a gran escala. Con este objetivo, revistió todas las paredes de una habitación con láminas de metal y luego disparó una corriente de alto voltaje desde un generador electrostático a través del exterior de la habitación. Usando un electroscopio, un dispositivo que detecta la carga eléctrica, Faraday demostró que solo las paredes tenían carga eléctrica mientras que el interior de la habitación estaba completamente desprovisto de carga.

Anteriormente, Benjamin Franklin, una figura importante por derecho propio para la Ilustración estadounidense y la historia de la física, electrificó una pinta de plata (jarra) y dejó caer una bola de corcho sin carga atada a un hilo de seda. Aunque la bola se bajó hasta que tocó el fondo del recinto de metal, la bola no fue atraída por los lados interiores cargados de la pinta. Pero cuando Franklin retiró el corcho y lo apuntó cerca del exterior de las pintas, la bola fue inmediatamente atraída a su superficie.

Décadas más tarde, Faraday replicó la investigación de Franklin con un giro en su ahora famoso experimento del cubo de hielo, durante el cual sumergió una esfera de latón cargada en una taza de metal. Como era de esperar, sus resultados coincidieron con el trabajo original de Franklin.

Estos experimentos validaron un principio fundamental del electromagnetismo: una corriente eléctrica que fluye a través de un conductor solo reside en la superficie exterior y el interior del conductor no se ve afectado por la carga externa. Desarrollos posteriores en la teoría de campos refinaron la física de estas observaciones, mostrando que la carga que fluye a través de un conductor en realidad se redistribuye dando como resultado un campo electrostático neto dentro del conductor de cero.

Cómo funciona una jaula de Faraday

Tu coche es un ejemplo de jaula de Faraday, que te protegerá de que te mate un rayo. Crédito: Britannica.

Esto nos lleva a la jaula de Faraday, que puede verse como un conductor hueco que protege todo lo que hay dentro de la carga eléctrica o la radiación externas. Debido a que la jaula de Faraday distribuye la carga alrededor del exterior del escudo, las cargas del interior se cancelan. El escudo también funciona contra las ondas de radio y las microondas.

Una jaula de Faraday puede ser un material continuo similar a un caparazón como el casco de un avión o una malla. El tamaño de los espacios en la pantalla o malla altera las propiedades de las jaulas, que se pueden ajustar para excluir solo ciertas frecuencias y longitudes de onda de la radiación electromagnética.

La típica jaula de Faraday está hecha de malla de alambre puesta a tierra o alambres paralelos. Los hilos tienen que estar hechos de materiales conductores, como aluminio o cobre, y el revestimiento tiene que estar perfectamente cerrado entre uno y otro.

Sin embargo, no toda la radiación y los campos electromagnéticos son bloqueados por una jaula de Faraday. Los campos magnéticos estables o que varían lentamente, como el campo magnético de la Tierra, pueden penetrar una jaula de Faraday, lo que explica por qué una brújula seguirá funcionando dentro de una. Las frecuencias de alta potencia de campo cercano como HF RFID, que se utilizan en pagos sin contacto, también pueden penetrar el escudo.

Las aplicaciones de las jaulas de Faraday son múltiples. De hecho, gran parte de nuestro hardware electrónico moderno no podría funcionar correctamente si no fuera por la incorporación del blindaje de Faraday en su diseño.

Además de la protección contra la radiación electromagnética externa y las descargas eléctricas, las jaulas de Faraday también bloquean el ruido electromagnético que puede dificultar el rendimiento de los dispositivos electrónicos. Y dado que una jaula mantiene las cosas afuera pero también adentro, una jaula de Faraday también puede ser útil cuando desea evitar que la energía electromagnética radiada por los componentes internos escape del gabinete.

Por ejemplo, el mejor ejemplo de una jaula de Faraday está justo dentro de tu cocina. Los hornos de microondas tienen una carcasa de metal que evita que las microondas del interior del horno se filtren al medio ambiente. Dentro de los hospitales, las jaulas de Faraday ayudan a las máquinas de resonancia magnética a escanear tejidos dentro del cuerpo humano. Una sala de resonancia magnética debe estar protegida, de lo contrario, los campos electromagnéticos externos podrían arruinar las imágenes de diagnóstico. El ejército también incorpora rutinariamente jaulas de Faraday en vehículos y búnkeres para proteger sus activos de los pulsos electromagnéticos. En la ciencia, este blindaje reduce el ruido en las pruebas de química analítica para mediciones sensibles.

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