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La Academia al servicio de la Vida

LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO JAULA DE FARADAY

PRESENTADO POR:

FABIAN LEANDRO CHANAGA MALDONADO 1094274870 INGENERIA MECANICA

KENNER CUCK BELEÑO 1052972787 INGENERIA MECANICA

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA 2015

Universidad de Pamplona - Ciudad Universitaria - Pamplona (Norte de Santander - Colombia) Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 Fax: 5682750 – www.unipamplona.edu.co

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OBJETIVOS  Comprobar la imposibilidad de oír un transistor cuando se introduce en un recinto metálico  Determinar la relación entre la carga inducida en la jaula de Faraday por un objeto cargado dentro del mismo y la diferencia de potencial.  Estudiar la distribución de carga sobre una esfera en diferentes situaciones.

INTRODUCCION Una jaula de Faraday es una caja metálica que protege de los campos eléctricos estáticos. Debe su nombre al físico Michael Faraday, que construyó una en 1836. Se emplean para proteger de descargas eléctricas, ya que en su interior el campo eléctrico es nulo. El funcionamiento de la jaula de Farday 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, empiezan a moverse puesto que sobre ellos actúa una fuerza dada por:

Donde e es la carga del electrón. Como la carga del electrón es negativa, los electrones 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 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 eléctrico (representado en Universidad de Pamplona - Ciudad Universitaria - Pamplona (Norte de Santander - Colombia) Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 Fax: 5682750 – www.unipamplona.edu.co

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rojo en la siguiente animación) de sentido contrario al campo externo, representado en azul. El campo eléctrico 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 eléctricas. El fenómeno se denomina apantallamiento eléctrico.

Muchos dispositivos que empleamos en nuestra vida cotidiana están provistos de una jaula de Faraday: los microondas, escáneres, cables, etc. Otros dispositivos, sin estar provistos de una jaula de Faraday actúan como tal: los ascensores, los coches, los aviones, etc. Por esta razón se recomienda permanecer en el interior del coche durante una tormenta eléctrica: su carrocería metálica actúa como una jaula de Faraday.

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MARCO TEORICO La jaula de Faraday debe su nombre a su inventor, el científico británico Michael Faraday. Fue inventado en el año 1836. La jaula de Faraday también se conoce como el escudo de Faraday. La jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético 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 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. La jaula de Faraday consiste en un recinto que es de un material que puede contener cargos muebles, electricidad. El recinto también se podría hacer de una malla que es similar a dicho material. Este tipo de recinto tiene la capacidad para bloquear los campos externos, de electricidad estática. Una jaula de Faraday es una caja metálica que protege de los campos eléctricos estáticos. Debe su nombre al físico michael faraday, que construyó una en 1836. Se emplean para proteger de descargas eléctricas, ya que en su interior el campo eléctrico es nulo. 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, empiezan a moverse puesto que sobre ellos actúa una fuerza dada por: El campo eléctrico resultante en el interior del conductor es por tanto nuloDonde e es la carga del electrón. Como la carga del electrón es negativa, los electrones se mueven en sentido contrario al campo eléctrico y, aunque la carga total del Universidad de Pamplona - Ciudad Universitaria - Pamplona (Norte de Santander - Colombia) Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 Fax: 5682750 – www.unipamplona.edu.co

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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 eléctrico (representado en rojo en la siguiente animación) 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 eléctricas. El fenómeno se denomina apantallamiento eléctrico. Muchos dispositivos que empleamos en nuestra vida cotidiana están provistos de una jaula de Faraday: los microondas, escáneres, cables, etc. Otros dispositivos, sin estar provistos de una jaula de Faraday actúan como tal: los ascensores, los coches, los aviones, etc. Por esta razón se recomienda permanecer en el interior del coche durante una tormenta eléctrica: su carrocería metálica actúa como una jaula de Faraday. ¿COMO FUNCIONA LA JAULA DE FARADAY? Primero vamos a tratar de comprender cómo funciona la jaula de Faraday. En su experimento original, Faraday utiliza la hoja de metal para recubrir por completo una habitación. A continuación, utiliza un generador electrostático de emitir descargas de alto voltaje y la huelga de los exteriores de la habitación. Una vez que este campo eléctrico externo se aplicó a la sala, los campos eléctricos aplicados ejercen una fuerza sobre los portadores de carga dentro de la habitación. Esto dio lugar a una corriente que se genera hace que los cargos dentro de la sala, Universidad de Pamplona - Ciudad Universitaria - Pamplona (Norte de Santander - Colombia) Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 Fax: 5682750 – www.unipamplona.edu.co

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se reorganizan. Este reordenamiento de los cargos luego llevó a la cancelación 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 científico que se utiliza para detectar y medir la carga eléctrica de un cuerpo en particular. El electroscopio reveló que no había carga eléctrica detectada en las paredes interiores de la habitación. Una jaula de Faraday funciona mejor cuando está conectado a la tierra. De esta manera, las cargas electromagnéticas que actúan sobre la caja puede llevarse a cabo sin causar daño en el suelo, manteniendo el contenido de la caja afectada. APLICACIONES - seguridad contra relámpagos: Coches y actúan como jaulas de Faraday aviones / escudos para proteger a las personas cuando el vehículo es golpeado por un rayo. La caja protege el interior del vehículo de la, los campos eléctricos fuertes de la iluminación. -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 metálica del horno de microondas actúa como una jaula de Faraday. -Protecciones para los productos electrónicos: los equipos electrónicos pueden ser blindados y protegidos de la perdida campos electromagnéticos mediante el uso de cables coaxiales que contienen una capa conductora que actúa como una jaula de Faraday. -Trajes de protección para los linieros: linieros suelen llevar trajes de protección que actúan como jaulas de Faraday para garantizar su seguridad mientras se trabaja con líneas eléctricas de alta tensión. Estos trajes de protegerlos de electrocutarse. - Evitar Ruido Molesto de la Interferencia de Celular y Parlante - Dejar sin señal: (Celulares, Módems, 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 cómo funciona el electrómetro RTA: El instrumento consta de dos hojas delgadas de pan de oro suspendido de un electrodo. Cuando el electrodo se carga por inducción o por contacto, las hojas adquieren cargas eléctricas y similares se repelen entre sí debido a la fuerza de Coulomb. Su separación es una indicación directa de la carga neta almacenada en ellos. Las hojas pueden ser encerrado en una cápsula de cristal para protegerlos delos proyectos, y el sobre puede ser evacuados para minimizar las Universidad de Pamplona - Ciudad Universitaria - Pamplona (Norte de Santander - Colombia) Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 Fax: 5682750 – www.unipamplona.edu.co

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pérdidas de carga .Otra causa de pérdida de carga es la radiación ionizante, por lo que para evitar esto, el electrómetro debe estar rodeada de blindaje de plomo. Cabe señalar que este tipo de electroscopio generalmente actúa como un indicador y no un aparato de medición, aunque puede ser calibrado. El electroscopio electroscopio Braun sustituye el pan de oro para medidas más 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 observó que mientras se hacia la cargado por inducción y se cargaron las palitas productoras de carga y me introducían en la jaula de Faraday quedaba se movía el electrómetro hacia una dirección lo que significaba que estas poseían cargas tanto con la inducción como las carga de contacto. ¿Por qué hay ahora una diferencia de potenciales permanentes entre el cubo de hielo y el blindaje? ¿De dónde provino la carga en el cubo de hielo? Cuando hay una diferencia de potencia hablamos del trabajo que realiza un campo electromagnético en una partícula 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 inducción. CONSERVACION DE LA CARGA ¿Cuál es la relación entre la magnitud de la carga? Es una magnitud física usada en la electrodinámica de las partículas cargadas. Como implica su nombre la relación masa carga de un objeto resulta de dividir la masa del objeto entre su carga eléctrica. Esta magnitud generalmente solo es útil cuando el objeto es una partícula. Para objetos macroscópicos la carga total, la densidad de carga, la masa total o la densidad de la masa suelen ser magnitudes más útiles.

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¿Cuál es la relación entre la polaridad de la carga? la polaridad, nos permite comprender y saber cuál es el polo (positivo o negativo, es decir norte o sur), que se busca. en ingeniería eléctrica se denomina polaridad a la cualidad que permite distinguir cada uno de los terminales de una pila, batería u otras máquinas eléctricas de corriente continua. Cada uno de estos terminales llamados polos, puede ser positivo o negativo. ¿Se conserva la carga en la demostración? Se observó que la carga se conserva hasta que la carga no sea liberada. Utilizando la magnitud y la polaridad de las mediciones, comente sobre la conservación de la carga. En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva. En un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera, sólo existe una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.

DISTRIBUCION DE CARGA ¿Cómo 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, así que si no hay un campo eléctrico exterior a la esfera que pueda Universidad de Pamplona - Ciudad Universitaria - Pamplona (Norte de Santander - Colombia) Tels: (7) 5685303 - 5685304 - 5685305 Fax: 5682750 – www.unipamplona.edu.co

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influir, la distribución va a ser uniforme. Si la esfera es aislante, la distribución 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 cercanías, 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 electrostático que la carga eléctrica se concentra en las caras exteriores de los conductores, de forma independiente a lo que hubiera en su interior. La Jaula de Faraday es un aplicación que consiste en no permitir que grandes descargas dañen 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 eléctrico que pasa a través 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 de Faraday el fenómeno de campo eléctrico es nulo, por lo cual todos los campos como las ondas que nos rodean no ingresan dentro de esta. También se puede concluir que el efecto de la jaula de Faraday no solo se ve en la experimentación, ya que un ejemplo muy cotidiano de esto es un ascensor, donde las paredes hechas de metal, permiten la entrada de débiles

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campos, por lo cual los celulares no tienen mucha señal dentro de estos BIBLIOGRAFIAS 

Guía laboratorio electromagnetismo

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http://fsica1jacki.blogspot.com/2011/02/conservacionde-la-carga.html

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http://es.slideshare.net/zelidethvazquez/conservacinde-la-carga-elctrica-14282977

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