INTRODUCCIÓN

En este documento se detalla claramente algunos aspectos sobre las jaulas

Faraday esto con el fin de entender de primera mano el funcionamiento y diseño

de estos tipos de estructuras, funcionamiento, utilidad, capacidades y principios

que rigen estas leyes. Así también se detallas de primera mano todos los detalles

con ejemplo de gráficos de dicho fundamento basado en libros de texto y sitios

web entre ellos podemos mencionar SERWAY, 12ª edición, y el sitio web.

http://www.ingesco.com/es/productos/proteccion-externa/proteccion-pasiva. de los

cuales se recopilo la información. Que aquí presentamos.

Las fuerzas eléctricas provienen de las partículas que componen los átomos,

estos son los protones (con carga +), los electrones (con carga -) y los neutrones

(con carga neutra, por lo que no atrae ni rechaza a los electrones o a los

protones).

Como un campo magnético afecta a un conductor próximo por medio de la

inducción y como ésta crea un flujo de corriente en el mismo.

OBJETIVOS.

Conocer el funcionamiento de la jaula de Faraday y las leyes físicas que la rigen.

Conocer el principio de la inducción.

Aplicaciones de la Jaula de Faraday

Conocer las partes fundamentales de un sistema de protección de puesta a tierra.

Aprender sobre los principios de la inducción y las medidas necesarias para proteger equipos delicados por medio de una Jaula Faraday.

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INDUCCIÓN

ELECTROMAGNÉTICA

Casi todos los dispositivos o máquinas modernas, desde una computadora hasta

Una lavadora o un taladro eléctrico, tienen circuitos eléctricos en su interior, que

permite el aprovechamiento de la energía eléctrica transformándola en otro tipo de

energía; Dicha energía puede ser lumínica transformada por una luminaria

mecánica por un motor eléctrico calórica por una resistencia, etc. Pero que

fenómeno es que permite que todo esto ocurra y que es lo que está involucrado

acá la respuesta es un fenómeno conocido como inducción electromagnética.

Para que exista la electricidad es necesaria la presencia de un campo magnético

que fluya a través de una bobina generando una FEM fuerza electromotriz.

Una FEM es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos

puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito

cerrado. Y este es el principio de los generadores eléctricos.

Otros componentes clave de los sistemas de energía eléctrica, como los

transformadores, también dependen de fem inducidas magnéticamente.

En pocas palabras si no existe una FEM que es producida por la presencia de un

campo magnética la generación de energía eléctrica NO sería posible, la inducción

electromagnética es uno de los fundamentos de nuestra sociedad tecnológica. El

principio fundamental de la inducción electromagnética y la piedra angular de este

tema es la ley de Faraday, que relaciona la fem inducida con el flujo magnético

variable en cualquier espira, incluido un circuito cerrado.

Experimentos de inducción

Durante la década de 1830 Michael Faraday en Inglaterra y Joseph Henry (1797-

1878), quien fuera director de la Smithsonian Institution en Estados Unidos,

realizaron varios experimentos pioneros con la fem inducida por medios

magnéticos. La figura 1 muestra una serie de ejemplos relacionados con la

inducción.

Figura 1

Cuando el imán cercano está inmóvil, el medidor no indica corriente. Esto no es

sorprendente, pues en el circuito no hay fuente de fem. Pero cuando el imán se

mueve y se acerca o se aleja de la bobina, el medidor indica corriente en el

circuito, pero sólo mientras el imán se halla en movimiento. Si el imán permanece

fijo y es la bobina la que se mueve.

Cuando se detecta una corriente durante el movimiento. Esto se llama corriente

inducida, Y la fem correspondiente que se requiere para generarla recibe el

nombre de Fem inducida.

En la figura 1c se ha sustituido el imán con una segunda bobina conectada a

Una batería. Cuando la segunda bobina está fija, no hay corriente en la primera

bobina.

Sin embargo, cuando movemos la segunda bobina acercándola o alejándola de la

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Primera, o hacemos lo mismo con la primera bobina con respecto a la segunda,

hay corriente en la primera bobina, pero, de nuevo, sólo mientras una de las

bobinas se mueve con respecto a la otra.

Por último, en el sistema de dos bobinas que se ilustra en la figura 1 d, se

mantienen ambas inmóviles y se varía la corriente en la segunda, ya sea abriendo

y cerrando el interruptor o cambiando la resistencia de la segunda bobina con el

interruptor cerrado (Por ejemplo, modificando la temperatura de la segunda

bobina). Se observa que al abrir y cerrar el interruptor hay un pulso momentáneo

de corriente en el primer circuito.

Cuando se modifica la resistencia (y, por lo tanto, la corriente) de la segunda

bobina, hay una corriente inducida en el primer circuito, pero sólo mientras está

cambiando la corriente en el segundo circuito.

Para explorar más a fondo los elementos comunes a estas observaciones,

consideremos

Una serie más detallada de experimentos Se conecta una bobina de alambre a un

galvanómetro, luego se coloca la bobina entre los polos de un electroimán cuyo

campo magnético se pueda modificar.

A continuación se describe lo que se observa:

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1. Cuando no hay corriente en el electroimán, por lo que el galvanómetro

No indica corriente.

2. Cuando el electroimán se enciende, hay una corriente momentánea a través

Del medidor a medida que se incrementa.

3. Cuando se nivela en un valor estable, la corriente cae a cero, sin importar

Qué tan grande sea.

4. Con la bobina en un plano horizontal, la comprimimos para reducir el área de

Su sección transversal. El medidor detecta corriente sólo durante la deformación,

No antes ni después. Cuando aumentamos el área para que la bobina regrese

A su forma original, hay corriente en sentido opuesto, pero sólo mientras

El área de la bobina está cambiando.

5. Si se hace girar la bobina algunos grados en torno a un eje horizontal, el medidor

Detecta corriente durante la rotación en el mismo sentido que cuando se redujo

El área. Cuando se hace girar de regreso la bobina, hay una corriente en

Sentido opuesto durante esta rotación.

6. Si se saca la bobina bruscamente del campo magnético, hay corriente durante

El movimiento, en el mismo sentido que cuando se redujo el área.

7. Si reducimos el número de espiras de la bobina desenrollando una o más de

ellas, hay corriente durante el proceso en el mismo sentido que cuando se redujo

el área. Si enrollamos más espiras en la bobina, hay una corriente en sentido

Opuesto al enrollar.

8. Cuando se desconecta el electroimán, hay una corriente momentánea en el

Sentido opuesto al de la corriente cuando fue activado.

9. Cuanto más rápido se efectúen estos cambios, mayor es la corriente.

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10. Si se repiten todos estos experimentos con una bobina que tenga la misma forma

Pero diferente material y resistencia, la corriente en cada caso es inversamente

Proporcional a la resistencia total del circuito. Esto demuestra que las

Fem inducidas que ocasionan la corriente no dependen del material de la bobina,

Sino sólo de su forma y del campo magnético.

Ley de Faraday

La ley de Faraday de la inducción establece lo siguiente:

La fem inducida en una espira cerrada es igual al negativo de la tasa de cambio del flujo magnético a través de la espira con respecto al tiempo.

En símbolos, la ley de Faraday es

E 5 2 (29.3)

Dfb

1 ley de Faraday de la inducción 2

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Una jaula de Faraday es una caja metálica que protege de los campos eléctricos estáticos. Se emplean para proteger de descargas eléctricas, ya que en su interior el campo eléctrico es nulo. 

Debe su nombre al físico Michael Faraday, que construyó una en 1836. 

Michael Faraday.

El funcionamiento de la jaula de Faraday se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio electrostático. 

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Equilibrio Electrostatico.

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: 

Campo ierraco externo e interno.

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Esta distribución de carga dentro del conductor genera un campo

eléctrico interno de sentido opuesto al externo y de igual módulo, de

modo que en el interior del conductor el campo eléctrico total es nulo.

Este hecho constituye en principio de funcionamiento de una jaula de

Faraday. 

Si el campo en el interior de un material conductor en equilibrio

electrostático es nulo, no puede haber carga eléctrica en el interior del

mismo. Por tanto, la carga de un conductor se acumula en su superficie. 

La carga se acumula en el superficie de la caja.

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.

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Apantallamiento Eléctrico.

La imagen muestra la protección de equipos delicados tales como equipo de transmisión de datos, radio y televisión, centros de datos, repetidoras.

También es bien sabido que en una tormenta el mejor refugio es un coche. Ciertamente un ascensor también es un buen refugio pero en ese

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caso es probable que se vaya la luz y te quedes encerrado. Pero lo importante es que no te electrocutas. 

La electricidad se reparte por toda la superficie del material conductor. Una caja o jaula de Faraday es una superficie completamente cerrada por un material conductor. Los electrones circulan por toda su superficie y si un rayo impacta, este cubre la superficie. Lo que hay en el interior no se ve afectado por el rayo. Las cargas del conductor se redistribuyen en función de la carga exterior, para que en el interior la

carga total se mantenga neutra. 

Pararrayos franklin

Pararrayos Franklin y Mallas conductoras

Un SPCR (Sistema de Protección Contra el Rayo) construido mediante Puntas y Mallas Conductoras, es la que ofrecen sistemas (tipo ‘jaula de Faraday’, por ejemplo) que no provocan ningún efecto para la captación del rayo (acción preventiva). Estos sistemas pueden aprovechar elementos de la estructura a proteger para la descarga de la corriente hasta ierra

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Pararrayos FranklinInventado por Benjamín Franklin en 1760 es el más común, y quizás históricamente, el más conocido. Este sistema está formado por una o varias puntas captadoras situadas en puntos dominantes del edificio.El pararrayos Franklin es el sistema óptimo para proteger edificaciones donde la altura predomina a la superficie. Su protección es un volumen en forma de cono con un ángulo de 45˚ o menor, dependiendo del nivel de protección requerido.

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Malla de FaradayDe los sistemas pasivos, el que reúne mayores garantías, es la conocida Jaula de Faraday.Un edificio con revestimiento exterior completamente metálico, conectado por medio de conductores de amplia sección al terreno, queda protegido contra cualquier descarga atmosférica.También se obtiene una excelente protección si el conductor continuo se sustituye por una malla o red de conductores. Partiendo de un correcto diseño o estudio de cobertura, se pueden establecer los recorridos óptimos de los conductores, así como las distancias.En este tipo de instalación, como en cualquier otro medio de protección, la fiabilidad de los puntos de disipación o puestas a tierra deben ser lo más perfectas posibles

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CONCLUSIÓN

Al transcurrir en el desarrollo de este trabajo pudimos concluir como grupo sobre la importancia de estos sistemas de jaula de Faraday, así como también conocimos sobre su funcionamiento y elaboración del dicho sistema, cuya función radica excepcionalmente en una protección idónea para una área determinada de descargas eléctricas cuyo principio se basa en principios matemáticos.

Contenido ESCUELA ESPECIALIZADA EN INGENIIERIA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA..1

INTRODUCCIÓN.....................................................................................................2

OBJETIVOS.............................................................................................................3

INDUCCIÓN.............................................................................................................4

ELECTROMAGNÉTICA...........................................................................................4

Experimentos de inducción......................................................................................5

Ley de Faraday........................................................................................................8

Pararrayos Franklin y Mallas conductoras.............................................................10

Pararrayos Franklin Inventado por Benjamín Franklin en 1760 es el más común, y quizás históricamente, el más conocido. Este sistema está formado por una o varias puntas captadoras situadas en puntos dominantes del edificio. El pararrayos Franklin es el sistema óptimo para proteger edificaciones donde la altura predomina a la superficie. Su protección es un volumen en forma de cono con un ángulo de 45˚ o menor, dependiendo del nivel de protección requerido................11

Malla de Faraday De los sistemas pasivos, el que reúne mayores garantías, es la conocida Jaula de Faraday. Un edificio con revestimiento exterior completamente metálico, conectado por medio de conductores de amplia sección al terreno, queda protegido contra cualquier descarga atmosférica. También se obtiene una excelente protección si el conductor continuo se sustituye por una malla o red de conductores. Partiendo de un correcto diseño o estudio de cobertura, se pueden establecer los recorridos óptimos de los conductores, así como las distancias. En este tipo de instalación, como en cualquier otro medio de protección, la fiabilidad de los puntos de disipación o puestas a tierra deben ser lo más perfectas posibles...............................................................................................................................11

CONCLUSIÓN.......................................................................................................12

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BIBLIOGRAFÍA

Física Universitaria - Sears - Zemansky - 12ava Edicion - Vol2cap 29

(http://www.ingesco.com/es/productos/proteccion-externa/proteccion-pasiva)

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