Se conoce como
jaula de Faraday el 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 positivamente 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.
Entrada a una habitación de Faraday.
Se pone de manifiesto en numerosas situaciones cotidianas, por ejemplo, el mal funcionamiento de los
teléfonos móviles en el interior de ascensores o edificios con estructura de rejilla de acero. Una manera de comprobarlo es con una
radio sintonizada en una emisora de
Onda Media. Al rodearla con un periódico, el sonido se escucha correctamente. Sin embargo, si se sustituye el periódico con un papel de
aluminio la radio deja de emitir sonidos: el aluminio es un conductor eléctrico y provoca el efecto jaula de Faraday.
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.
Funcionamiento
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).
Demostración teórica
Supongamos el conductor sin equilibrio electrostático. Suponiendo que
la carga en el interior del conductor es nula, el potencial V en el
interior del conductor cumple la
ecuación de Laplace, siendo R la región ocupada por el interior del conductor:
Dado que el conductor está en equilibrio en su superficie no hay
corrientes, de modo que el potencial en su superficie es constante:
En virtud del
teorema de unicidad del potencial el potencial que cumple tales condiciones es único y puede verse que la solución es trivialmente:
El campo eléctrico en el interior vendrá dado por el gradiente del potencial:
De modo que el campo eléctrico en el interior del conductor es nulo. Es una consecuencia de la
ley de Gauss, que dice que en el interior de un conductor hueco, el campo es nulo.
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