La electricidad es el alma de muchos aspectos de nuestro mundo. Sin voltios y amperios, muchas de nuestras innovaciones tecnológicas dejarían de existir. Incluso nuestro cuerpo no funcionaría sin la carga eléctrica que recorre nuestras células. Pero lo que la electricidad da, la electricidad puede quitarlo.
Aunque esta forma de energía es vital para muchas de nuestras vidas, es una de esas cosas que sólo son buenas en las cantidades adecuadas. Demasiada electricidad puede electrocutar a las personas. Asimismo, puede matar nuestros modernos aparatos electrónicos y máquinas.
Pero gracias a Michael Faraday, el brillante científico del siglo XIX, y a uno de sus inventos homónimos, la jaula de Faraday, los humanos hemos desarrollado muchas formas de controlar la electricidad y hacerla más segura para nuestros ordenadores, coches y otros inventos, y también para nosotros.
Las jaulas de Faraday protegen su contenido de la radiación electromagnética. Básicamente, cuando un campo electromagnético incide sobre algo que puede conducir la electricidad, las cargas permanecen en el exterior del conductor en lugar de viajar al interior. Las jaulas de Faraday suelen tener un aspecto claramente parecido al de una jaula. Algunas son tan sencillas como vallas de eslabones o cubos de hielo. Otras utilizan una fina malla metálica.
La radiación electromagnética nos rodea. Está en la luz visible y ultravioleta, en las microondas que cocinan nuestros alimentos e incluso en las ondas de radio FM y AM que bombean música a través de nuestras radios. Pero a veces, esta radiación es indeseable y francamente molesta. Ahí es donde entran en juego las jaulas de Faraday.
Cuando una jaula de Faraday distribuye esa carga o radiación por el exterior de la jaula, anula las cargas eléctricas o la radiación en el interior de la jaula. En resumen, una jaula de Faraday es un conductor hueco, en el que la carga permanece en la superficie externa de la jaula.
Esta función básica tiene un montón de usos fascinantes en nuestro mundo eléctricamente desordenado y repleto de tecnología. Y aunque Faraday acabaría teniendo su día, el telón de fondo de su invento tiene en realidad sus raíces en tiempos anteriores. Entonces, ¿de dónde surgió la idea de estas jaulas tan útiles?
Benjamin Franklin y Michael Faraday
Aunque la jaula de Faraday lleva el nombre de Michael Faraday, fue Benjamin Franklin quien ayudó a inspirar muchas de las ideas que hay detrás de las jaulas de Faraday. Franklin, por supuesto, pasó parte de su ilustre carrera volando cometas en tormentas eléctricas en un intento de atraer rayos y, por tanto, ya estaba algo familiarizado con los caprichos y conceptos de la electricidad.
En 1755, Franklin comenzó a jugar con la electricidad de nuevas maneras. Electrificó una lata de plata de una pinta y bajó en ella una bola de corcho sin carga unida a un hilo de seda no conductor hasta que el corcho tocó el fondo de la lata. “El corcho no fue atraído por el interior de la lata como lo habría sido por el exterior, y aunque tocó el fondo, sin embargo, al sacarlo, no se encontró electrificado por ese contacto, como lo habría sido al tocar el exterior. El hecho es singular”, escribió Franklin en una carta a un colega.
Estaba desconcertado por la interacción entre la electricidad y los objetos cargados y no cargados y así lo admitió: “Usted exige la razón; yo no la conozco. Tal vez la descubra y entonces tenga la bondad de comunicármela”.
Décadas más tarde, un físico y químico inglés llamado Michael Faraday hizo otras observaciones pertinentes: se dio cuenta de que un conductor eléctrico (como una jaula de metal), cuando se cargaba, exhibía esa carga sólo en su superficie. No tenía ningún efecto en el interior del conductor.
Faraday reafirmó esta observación forrando una habitación con una lámina metálica y cargando después la lámina con el uso de un generador electrostático. Colocó un electroscopio (un dispositivo que detecta las cargas eléctricas) en el interior de la habitación y, como preveía, el telescopio indicó que no había carga en el interior de la habitación. La carga sólo se movía a lo largo de la superficie de la lámina y no penetraba en la habitación en absoluto.
Faraday siguió examinando este fenómeno con su famoso experimento del cubo de hielo. En esta prueba, básicamente duplicó la idea de Franklin bajando una bola de latón cargada en un vaso de metal. Como era de esperar, sus resultados fueron los mismos que los de Franklin.
Este concepto tiene todo tipo de aplicaciones sorprendentes, pero aquí hay una que es relevante para cualquiera que haya estado en un avión. Imagina que vuelas en un avión que de repente es alcanzado por un rayo. No es un suceso raro, sino que ocurre con regularidad, pero el avión y sus pasajeros no se ven afectados. Esto se debe a que el casco de aluminio del avión crea una jaula de Faraday. La carga del rayo pasa inofensivamente por la superficie del avión sin dañar el equipo ni a las personas que están dentro.
En realidad, no es sorprendente. Es simplemente ciencia. Entonces, ¿cómo funciona realmente este ingenioso diseño de jaula?
¿Qué hace una jaula de Faraday?
Para entender cómo funcionan las jaulas de Faraday, hay que tener una comprensión básica de cómo funciona la electricidad en los conductores. El proceso es sencillo: Los objetos metálicos, como una malla de aluminio, son conductores y tienen electrones (partículas cargadas negativamente) que se mueven en ellos. Cuando no hay carga eléctrica, el conductor tiene aproximadamente el mismo número de partículas positivas y negativas mezcladas.
Si un objeto externo con carga eléctrica se acerca al conductor, las partículas positivas y negativas se separan. Los electrones con carga opuesta a la del objeto externo son atraídos por éste. Los electrones con la misma carga que el objeto externo son repelidos y se alejan de ese objeto. Esta redistribución de cargas se denomina inducción electrostática.
Con el objeto cargado externo presente, las partículas positivas y negativas terminan en lados opuestos del conductor. El resultado es un campo eléctrico opuesto que anula el campo de la carga del objeto externo dentro del conductor metálico. La carga eléctrica neta dentro de la malla de aluminio, por tanto, es cero.
Y aquí está lo más interesante: Aunque no hay carga en el interior del conductor, el campo eléctrico opuesto tiene un efecto importante: protege el interior de las cargas eléctricas estáticas exteriores y también de la radiación electromagnética, como las ondas de radio y las microondas. Ahí reside el verdadero valor de las jaulas de Faraday.
La eficacia de este blindaje varía en función de la construcción de la jaula. Las variaciones en la conductividad de los distintos metales, como el cobre o el aluminio, afectan al funcionamiento de la jaula. El tamaño de los agujeros de la pantalla o malla también modifica las capacidades de la jaula y puede ajustarse en función de la frecuencia y la longitud de onda de la radiación electromagnética que se desea excluir del interior de la jaula.
Las jaulas de Faraday reciben a veces otros nombres. Pueden llamarse escudos de Faraday, jaulas de RF (radiofrecuencia) o jaulas de EMF (fuerza electromotriz).
Independientemente del nombre que reciban, las jaulas de Faraday se utilizan con mayor frecuencia en los laboratorios científicos, ya sea en experimentos o en el desarrollo de productos.
Usos modernos de las jaulas de Faraday
La gente utiliza las jaulas de Faraday para una amplia gama de propósitos, a veces en entornos esotéricos de laboratorio, otras veces en productos comunes. Su coche, por ejemplo, funciona básicamente como una jaula de Faraday. Es este efecto, y no los neumáticos de goma, el que le protege en caso de que caiga un rayo cerca.
Muchos edificios también actúan como jaulas de Faraday, aunque sea por accidente. Con sus paredes de yeso u hormigón cubiertas de barras metálicas o mallas metálicas, a menudo causan estragos en las redes inalámbricas de Internet y las señales de los teléfonos móviles.
Pero el efecto de apantallamiento suele beneficiar a la humanidad. Los hornos de microondas invierten el efecto, atrapando las ondas dentro de una jaula y cocinando rápidamente los alimentos. Los cables de televisión apantallados ayudan a mantener una imagen nítida y clara al reducir las interferencias.
Los técnicos de las compañías eléctricas suelen llevar trajes especiales que aprovechan el concepto de jaula de Faraday. Con estos trajes, los operarios pueden trabajar en líneas de alta tensión con un riesgo mucho menor de electrocución.
Los gobiernos pueden proteger los equipos de telecomunicaciones vitales de los rayos y otras interferencias electromagnéticas construyendo jaulas de Faraday a su alrededor. Los laboratorios científicos de las universidades y las empresas emplean jaulas de Faraday avanzadas para excluir por completo todas las cargas eléctricas externas y la radiación electromagnética con el fin de crear un entorno de pruebas totalmente neutral para todo tipo de experimentos y desarrollo de productos.
Jaulas de vanguardia
Pase por un hospital y encontrará jaulas de Faraday en forma de salas de resonancia magnética. Los escáneres de resonancia magnética se basan en potentes campos magnéticos para crear escaneos médicamente útiles del cuerpo humano. Las salas de resonancia magnética deben estar blindadas para evitar que los campos electromagnéticos parásitos afecten a las imágenes de diagnóstico del paciente.
Las jaulas de Faraday también tienen muchos usos políticos y militares. Los políticos pueden optar por discutir asuntos delicados sólo en salas blindadas que puedan bloquear las tecnologías de escucha. Todas las fuerzas armadas modernas dependen de la electrónica para las comunicaciones y los sistemas de armas, pero hay una trampa: estos sistemas son vulnerables a los agresivos PEM (pulsos electromagnéticos), que pueden ser el resultado de una tormenta solar o incluso de ataques PEM provocados por el hombre. Para salvaguardar los sistemas críticos, los militares utilizan a veces búnkeres y vehículos blindados.
Es por esta misma razón que las jaulas de Faraday son un tema de interés en la subcultura de la supervivencia. Estas personas, que predican la autosuficiencia y la desconfianza en la respuesta gubernamental ante desastres naturales o provocados por el hombre, creen en el blindaje de todos los aparatos electrónicos importantes mediante jaulas de Faraday caseras. En caso de que se produzca un cataclismo apocalíptico, seguirán teniendo sus radios de onda corta y otras herramientas de alta tecnología que podrían salvarles la vida.
Aunque a usted no le preocupen especialmente los escenarios apocalípticos, es probable que las jaulas de Faraday desempeñen un papel en su vida diaria. Estas jaulas aprovechan un principio básico de la física y ayudan a personas de todo el planeta a poner en práctica esos principios: para la seguridad, el lujo, la comodidad y para contribuir a avances tecnológicos cada vez más emocionantes.
Preguntas frecuentes sobre la jaula de Faraday
¿Qué es una jaula de Faraday y cómo funciona?
Una jaula de Faraday es un contenedor o escudo hecho de material conductor que bloquea la radiación electromagnética alrededor del exterior de la jaula, protegiendo lo que está dentro de cualquier carga o radiación estática o no estática.
¿Qué puede atravesar una jaula de Faraday?
Una jaula de Faraday protege el interior de una carga externa o de la radiación electromagnética en gran medida, especialmente si el conductor es lo suficientemente grueso. Sin embargo, las jaulas de Faraday no pueden bloquear los campos magnéticos estables o que varían lentamente. Por ejemplo, el campo magnético de la Tierra puede penetrar una jaula de Faraday, por lo que una brújula seguirá funcionando.
¿Son legales las jaulas de Faraday?
Mientras que los dispositivos de interferencia eléctrica son ilegales, las jaulas de Faraday son completamente legales. De hecho, se utilizan habitualmente en centrales eléctricas u otros entornos altamente cargados, aviones, hornos microondas y edificios.
¿Se puede utilizar papel de aluminio como jaula de Faraday?
El papel de aluminio puede utilizarse como jaula de Faraday siempre que no tenga rasgaduras y que haya una capa aislante entre su superficie y cualquier elemento que se quiera proteger en su interior.
¿Se puede comprar una jaula de Faraday?
Puede comprar jaulas de Faraday para diversos usos. Las hay de distintos tamaños, desde pequeñas bolsas en las que cabe un smartphone hasta una gran tienda de Faraday para aparcar el coche.