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LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMOJAULA DE FARADAY
PRESENTADO POR:
FABIAN LEANDRO CHANAGA MALDONADO 1094274870INGENERIA
MECANICA
KENNER CUCK BELEO 1052972787INGENERIA MECANICA
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA2015
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OBJETIVOS Comprobar la imposibilidad de or un transistor
cuando
se introduce en un recinto metlico Determinar la relacin entre
la carga inducida en la
jaula de Faraday por un objeto cargado dentro del mismo y la
diferencia de potencial.
Estudiar la distribucin de carga sobre una esfera en diferentes
situaciones.
INTRODUCCION
Una jaula de Faraday es una caja metlica que protege de los
campos elctricos estticos. Debe su nombre al fsico Michael Faraday,
que construy una en 1836. Se emplean para proteger de descargas
elctricas, ya que en su interior el campo elctrico es nulo.
El funcionamiento de la jaula de Farday se basa en las
propiedades de un conductor en equilibrio electrosttico. Cuandola
caja metlica se coloca en presencia de un campo elctrico externo,
las cargas positivas se quedan en las posiciones de la red; los
electrones, sin embargo, que en un metal son libres, empiezan a
moverse puesto que sobre ellos acta una fuerza dada por:
Donde e es la carga del electrn. Como la carga del electrn es
negativa, los electrones se mueven en sentido contrario al campo
elctrico 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 queda
con un defecto de electrones (carga positiva). Este desplazamiento
de las cargas hace que en el interior de la caja se cree un campo
elctrico (representado en
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rojo en la siguiente animacin) de sentido contrario al campo
externo, representado en azul.
El campo elctrico resultante en el interior del conductor es por
tanto nulo
.
Como en el interior de la caja no hay campo, ninguna carga puede
atravesarla; por ello se emplea para proteger dispositivos de
cargas elctricas. El fenmeno se denomina
apantallamientoelctrico.
Muchos dispositivos que empleamos en nuestra vida cotidiana estn
provistos de una jaula de Faraday: los microondas, escneres,
cables, etc. Otros dispositivos, sin estar provistos de una jaula
de Faraday actan como tal: los ascensores, los coches, los aviones,
etc. Por esta razn se recomienda permanecer en el interior del
coche durante una tormenta elctrica: su carrocera metlica acta como
una jaula de Faraday.
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MARCO TEORICO
La jaula de Faraday debe su nombre a su inventor, el cientfico
britnico Michael Faraday. Fue inventado en el ao 1836. La jaula de
Faraday tambin se conoce como el escudo de Faraday.
La jaula de Faraday provoca que el campo electromagntico en el
interior de un conductor en equilibrio sea nulo, anulando el efecto
de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor est
sujeto a un campo electromagntico externo, se polariza, de manera
que queda cargado positivamente en la direccin en que va el campo
electromagntico, y cargado negativamente en el sentido
contrario.
Puesto que el conductor se ha polarizado, este genera un
campoelctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al campo
electromagntico, luego la suma de ambos campos dentro del conductor
ser igual a 0.
La jaula de Faraday consiste en un recinto que es de un material
que puede contener cargos muebles, electricidad. El recinto tambin
se podra hacer de una malla que es similar a dicho material. Este
tipo de recinto tiene la capacidad para bloquear los campos
externos, de electricidad esttica.
Una jaula de Faraday es una caja metlica que protege de los
campos elctricos estticos. Debe su nombre al fsico michael faraday,
que construy una en 1836. Se emplean para proteger de descargas
elctricas, ya que en su interior el campo elctrico es nulo.
El funcionamiento de la jaula de Faraday se basa en las
propiedades de un conductor en equilibrio electrosttico. Cuandola
caja metlica se coloca en presencia de un campo elctrico externo,
las cargas positivas se quedan en las posiciones de la red; los
electrones, sin embargo, que en un metal son libres, empiezan a
moverse puesto que sobre ellos acta una fuerza dada por:
El campo elctrico resultante en el interior del conductor es por
tanto nuloDonde e es la carga del electrn. Como la carga del
electrn es negativa, los electrones se mueven en sentido contrario
al campo elctrico y, aunque la carga total del
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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 queda con un defecto de electrones (carga
positiva). Este desplazamiento de las cargas hace que en el
interior de la caja se cree un campo elctrico (representado en rojo
en la siguiente animacin) de sentido contrario al campo externo,
representado en azul.
.
Como en el interior de la caja no hay campo, ninguna carga puede
atravesarla; por ello se emplea para proteger dispositivos de
cargas elctricas. El fenmeno se denomina apantallamiento
elctrico.
Muchos dispositivos que empleamos en nuestra vida cotidiana estn
provistos de una jaula de Faraday: los microondas, escneres,
cables, etc. Otros dispositivos, sin estar provistos de una jaula
de Faraday actan como tal: los ascensores, los coches, los aviones,
etc. Por esta razn se recomienda permanecer en el interior del
coche durante una tormenta elctrica: su carrocera metlica acta como
una jaula de Faraday.
COMO FUNCIONA LA JAULA DE FARADAY?
Primero vamos a tratar de comprender cmo funciona la jaula
deFaraday.
En su experimento original, Faraday utiliza la hoja de metal
para recubrir por completo una habitacin.
A continuacin, utiliza un generador electrosttico de emitir
descargas de alto voltaje y la huelga de los exteriores de la
habitacin.
Una vez que este campo elctrico externo se aplic a la sala, los
campos elctricos aplicados ejercen una fuerza sobre los portadores
de carga dentro de la habitacin. Esto dio lugar a unacorriente que
se genera hace que los cargos dentro de la sala,
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se reorganizan. Este reordenamiento de los cargos luego llev a
la cancelacin del campo aplicado en el interior, por lo tanto, lo
que hace la sala, neutral.
Faraday entonces se utiliza un electroscopio. Un electroscopio
es un instrumento cientfico que se utiliza para detectar y medir la
carga elctrica de un cuerpo en particular. El electroscopio revel
que no haba carga elctrica detectada en las paredes interiores de
la habitacin.
Una jaula de Faraday funciona mejor cuando est conectado a
latierra. De esta manera, las cargas electromagnticas que actan
sobre la caja puede llevarse a cabo sin causar dao en el suelo,
manteniendo el contenido de la caja afectada.
APLICACIONES
- seguridad contra relmpagos: Coches y actan como jaulas de
Faraday aviones / escudos para proteger a las personas cuando
elvehculo es golpeado por un rayo. La caja protege el interior del
vehculo de la, los campos elctricos fuertes de la iluminacin.
-Microondas: las microondas dentro del horno se encuentran
atrapados y se utiliza con el fin de cocinar en un horno de
microondas, donde la cubierta metlica del horno de microondas acta
como una jaula de Faraday.
-Protecciones para los productos electrnicos: los equipos
electrnicos pueden ser blindados y protegidos de la perdida campos
electromagnticos mediante el uso de cables coaxiales que contienen
una capa conductora que acta como una jaula de Faraday.
-Trajes de proteccin para los linieros: linieros suelen llevar
trajes de proteccin que actan como jaulas de Faraday para
garantizar su seguridad mientras se trabaja con lneas elctricas de
alta tensin. Estos trajes de protegerlos de electrocutarse.
- Evitar Ruido Molesto de la Interferencia de Celular y
Parlante
- Dejar sin seal: (Celulares, Mdems, Etc.)
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-Evitar interferencia entre parlantes y una frecuencia de
radio.
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Link del video:
https://www.youtube.com/watch?v=JwnvIUKunZo&feature=youtu.be
PREGUNTAS DE CONTROL
1) Defina diferencia de potencial
RTA: Diferencia de voltaje entre dos puntos, equivalente al
trabajo que se necesita para transferir una unidad de carga desde
un punto de referencia a otro determinado
2) Explicar cmo funciona el electrmetro
RTA: El instrumento consta de dos hojas delgadas de pan de oro
suspendido de un electrodo. Cuando el electrodo se carga por
induccin o por contacto, las hojas adquieren cargas elctricas y
similares se repelen entre s debido a la fuerza de Coulomb. Su
separacin es una indicacin directa de la carga neta almacenada en
ellos. Las hojas pueden ser encerrado en una cpsula de cristal para
protegerlos delos proyectos, y el sobre puede ser evacuados para
minimizar las
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prdidas de carga .Otra causa de prdida de carga es la radiacin
ionizante, por lo que para evitar esto, el electrmetro debe estar
rodeada de blindaje de plomo. Cabe sealar que este tipo de
electroscopio generalmente acta como un indicador y no un aparato
de medicin, aunque puede ser calibrado. El electroscopio
electroscopio Braun sustituye el pan de oro para medidas ms
precisas.
3) Defina cargas remanentes.
RTA: son aquellas que al hacer contacto con un elemento dejan
residuos
CARGANDO POR INDUCCION Y CARGANDO POR CONTACTO
Han quedado algunas cargas remanentes sobre ellas?Se observ que
mientras se hacia la cargado por induccin y se cargaron las palitas
productoras de carga y me introducan en la jaula de Faraday quedaba
se mova el electrmetro hacia una direccin lo que significaba que
estas posean cargas tanto con la induccin como las carga de
contacto. Por qu hay ahora una diferencia de potenciales
permanentes entre el cubo de hielo y el blindaje? De dnde provino
la carga en el cubo de hielo?Cuando hay una diferencia de potencia
hablamos del trabajo que realiza un campo electromagntico en una
partcula u objeto en este caso el blindaje hacia un trabajo sobre
el cubo de hielo y este hacia que hubiera una diferencia de
potencial.La carga del cubo de hielo provino de las cargas ya
introducidas anteriormente o cuando se conecta a corriente o
induccin.
CONSERVACION DE LA CARGA Cul es la relacin entre la magnitud de
la carga? Es una magnitud fsica usada en la electrodinmica de las
partculas cargadas. Como implica su nombre la relacin masa carga de
un objeto resulta de dividir la masa del objeto entre su carga
elctrica. Esta magnitud generalmente solo es til cuando el objeto
es una partcula. Para objetos macroscpicos la carga total, la
densidad de carga, la masa total o la densidad de la masa suelen
ser magnitudes ms tiles.
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Cul es la relacin entre la polaridad de la carga?la polaridad,
nos permite comprender y saber cul es el polo (positivo o negativo,
es decir norte o sur), que se busca. en ingeniera elctrica se
denomina polaridad a la cualidad que permite distinguir cada uno de
los terminales de una pila, batera u otras mquinas elctricas de
corriente continua. Cada uno de estos terminales llamados polos,
puede ser positivo o negativo.Se conserva la carga en la
demostracin?Se observ que la carga se conserva hasta que la carga
no sea liberada.Utilizando la magnitud y la polaridad de las
mediciones, comente sobre la conservacin de la carga.En
concordancia con los resultados experimentales, el principio de
conservacin de la carga establece que no hay destruccin ni creacin
neta de carga elctrica, y afirma que en todo proceso
electromagntico la carga total de un sistema aislado se
conserva.
En un proceso de electrizacin, el nmero total de protones y
electrones no se altera, slo existe una separacin de las cargas
elctricas. Por tanto, no hay destruccin ni creacin de carga
elctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer
cargas elctricas donde antes no haba, pero siempre lo harn de modo
que la carga total del sistema permanezca constante. Adems esta
conservacin es local, ocurre en cualquier regin del espacio por
pequea que sea.
DISTRIBUCION DE CARGA
Cmo se distribuye la carga en una esfera conductora?
. En todos los casos las cargas se ubican en la superficie. Si
es conductora, en todos los puntos vas a tener el mismo potencial,
as que si no hay un campo elctrico exterior a la esfera que
pueda
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influir, la distribucin va a ser uniforme. Si la esfera es
aislante, la distribucin no es uniforme: depende de la "historia",
las partes que estuvieron cerca de un cuerpo cargado van a tener
diferente carga que las otras (las cargas en un cuerpo aislante
solo se mueven dentro de las cercanas, no se redistribuyen a lo
largo de todo el cuerpo como en uno que es conductor - justamente
esa es la diferencia). Y la tercera parte de la pregunta no es
realmente una pregunta: en una esfera cargada uniformemente, las
cargas se distribuyen uniformemente.
CONCLUCIONES :
La jaula de Faraday se basa en las propiedades de un conductor
en equilibrio electrosttico que la carga elctrica seconcentra en
las caras exteriores de los conductores, de forma independiente a
lo que hubiera en su interior.
La Jaula de Faraday es un aplicacin que consiste en no permitir
que grandes descargas daen lo que se encuentre rodea por cierto
metal, dado que los campos se anulan ya que son de la misma
magnitud pero de signo contrario.
El flujo elctrico que pasa a travs de cualquier superficie
cerrada es igual a la carga total encerrada por esa superficie; En
un conductor hueco este flujo es proporcional a la carga que se
encuentra dentro de la superficie cerrada siendo esta carga igual a
cero Se puede concluir que dentro de la jaula deFaraday el fenmeno
de campo elctrico es nulo, por lo cual todos los campos como las
ondas que nos rodean no ingresan dentro de esta.
Tambin se puede concluir que el efecto de la jaula de Faraday no
solo se ve en la experimentacin, ya que un ejemplo muy cotidiano de
esto es un ascensor, donde las paredes hechas de metal, permiten la
entrada de dbiles
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campos, por lo cual los celulares no tienen mucha seal dentro de
estos
BIBLIOGRAFIAS
Gua laboratorio electromagnetismo
http://fsica1jacki.blogspot.com/2011/02/conservacion-de-la-carga.html
http://es.slideshare.net/zelidethvazquez/conservacin-de-la-carga-elctrica-14282977
