Tal vez alguna vez os hayáis preguntado por qué que es bueno permanecer dentro de un coche en una tormenta eléctrica, o por qué no hay riesgo en caso de caer un rayo en un avión. Todo esto se lo debemos a uno de los descubrimientos de uno de los principales impulsores en el conocimiento del electromagnetismo: Faraday.
Hoy vamos a hablar sobre qué es una jaula de Faraday.
¿Quién fue Faraday?
Faraday (1791-1867) fue un caso particular en el siglo XIX: un científico que sin pertenecer a una clase social alta, llegó a tener una importante carrera. En esa época para ser científico necesitabas dos cosas: mucho tiempo libre y mucho dinero. Y aunque Faraday carecía de ambos tenía muchas ganas de aprender.
Poco a poco, fue aumentando su conocimiento mientras trabajaba como ayudante en una librería encuadernando obras a las que de otra manera no tendría acceso. También supo aprovechar la ocasión para convertirse en ayudante de Humpry Davy, el galán de la química, cuando el puesto de ayudante quedó disponible.
Faraday entró en la Royal Institution, una de las más importantes instituciones científicas del momento, y poco a poco fue ascendiendo hasta llegar a convertirse, como Davy dijo, en "su mayor descubrimiento". Viniendo esas palabras del descubridor de elementos como el cloro o el sodio, no es poco. A sus hallazgos en el campo de la electricidad y el magnetismo le debemos casi todos los avances tecnológicos que tenemos hoy en día, que permitieron entre otras muchas cosas convertir el movimiento en electricidad, tal y como hacemos en la dinamo de una bicicleta.
La influencia de Franklin
Antes que Faraday, otro gran experimentador, Benjamin Franklin, hizo un descubrimiento que le serviría de inspiración. Observó como al descender una bola de corcho unida a un hilo de seda en una lata metálica cargada, la bolita no se sentía atraída por ninguna de las paredes del recipiente. Sin embargo, cuando la bolita se aproximaba a la lata por la parte externa del recipiente, inmediatamente era atraída.
Pero Franklin no supo explicarlo. Y es aquí donde entra nuestro querido Faraday en acción.
El experimento de la cubeta de hielo de Faraday
Faraday examinó el descubrimiento de Franklin con el experimento de la cubeta de hielo.
En ese experimento, intrudujo una bola de latón cargada en una cubeta metálica conectada a un medidor de corriente eléctrica, y comprobó que al entrar en la cubeta le inducía la misma carga que tenía la bola de latón. Pero si la bola tocaba el recipiente, su carga se anulaba. Aunque el recipiente quedaba cargado.
Vamos a tratar de explicar que sucedió.
Los conductores metálicos tienen cargas eléctricas que se desplazan con facilidad. Así, si introduzco una bola cargada en el interior de un recipiente sin carga pero con cargas móviles (un metal), la carga en la esfera provocará que las cargas del recipiente metálico se separen, atrayendo hacia la parte interna las de signo opuesto a la de la esfera, y quedando en la parte externa las de mismo signo (cargas del mismo signo se repelen, y las del mismo signo se atraen).
Pongamos el supuesto que introdujese una esfera con carga positiva en un recipiente metálico. La carga positiva atraerá cargas negativas en la cara interna de la cubeta metálica, y las cargas positivas serán repelidas a la cara externa, quedando la cubeta cargada igual a la esfera metálica.
A esto se le llama inducción electrostática. Y una vez que la esfera toca la superficie del recipiente metálico, las carga positiva se anulará con las negativas de la cara interna del recipiente metálico. Aunque la carga positiva inducida en la cara externa permanecerá.
Cuando una carga posiva se sitúa en el espacio, genera a su alrededor un campo electrostático. Es como el "campo de juego" en el que se nota el efecto de la carga. Si sitúo una carga del mismo signo en el campo, sentirá una fuerza que será directamente proporcional al valor del campo en ese punto y al valor de la carga.
Por esto se separan las cargas del conductor (el recipiente metálico o la bola metálica). Ahora bien, al separarse, también provocan su propio campo electrostático que se opone al inicial. De manera que se anulan entre sí.
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¿Por qué es seguro permanecer dentro del coche durante una tormenta eléctrica?
Acercamos ahora una carga eléctrica externa a un conductor, ¿qué sucederá? Las cargas en la estructura metálica del coche se redistribuirán de manera que crearán un campo que compense el generado por la carga externa, de manera que en el interior del mismo habrá calma.
En este ejemplo podéis ver como se hace pasar una corriente de 2000 V por un coche, sin que se produzca ningún efecto en el sujeto de prueba.
Al contrario de lo que algunos piensan, lo que te proteje es la estructura metálica del coche, no los neumáticos de goma. También es conveniente tener las ventanas cerradas, aunque supongo que eso es lo más lógico durante una tormenta.
Durante un vuelo sucede algo parecido, pues la estructura metálica del avión actúa como una jaula de Faraday al caer un rayo, de manera que en el interior del aeroplano no hay ningún peligro.
Así que ya hay una excusa menos para tener miedo a volar, ¿no te parece?