LA JAULA DE FARADAY LA JAULA DE FARADAY

EXPERIMENTO 5: LA JAULA DE FARADAYLA JAULA DE FARADAY

I: OBJETIVOS

I: OBJETIVOS

1.1

1.1 Objetivos Objetivos generalesgenerales



 Familiarizarse con el funcionamiento de la Jaula de FaradayFamiliarizarse con el funcionamiento de la Jaula de Faraday

1.2

1.2 Objetivos Objetivos específicosespecíficos



 Mostrar el blindaje electrostático usando la Jaula de FaradayMostrar el blindaje electrostático usando la Jaula de Faraday 

 Verificar que la carga en un conductor cargado reside en la superficie.Verificar que la carga en un conductor cargado reside en la superficie.



 Internalizar en el estudiante la importancia de los fenómenos electrostáticosInternalizar en el estudiante la importancia de los fenómenos electrostáticos II.

II. MARCO MARCO TEORICO TEORICO Y Y CONCEPTUALCONCEPTUAL Se conoce como

Se conoce como jaula de Faraday jaula de Faraday el efecto por el cual el el efecto por el cual el campo electromagnéticocampo electromagnético en el interior de  en el interior de un conductorun conductor

en equilibrio es nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está

en equilibrio es nulo, anulando el efecto de los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está

sujeto a un

sujeto a uncampo electromagnéticocampo electromagnético  externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la  externo, se polariza, de manera que queda cargado positivamente en la

dirección en que va el

dirección en que va el campo electromagnéticocampo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el, y cargado negativamente en el sentido contrario. Puesto que el

conductor se ha polarizado, este genera un

conductor se ha polarizado, este genera un campo eléctricocampo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al igual en magnitud pero opuesto en sentido al campocampo electromagnético

electromagnético, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a cero, luego la suma de ambos campos dentro del conductor será igual a cero

Cuando se coloca una carga neta en un conductor, la carga se distribuye sobre la superficie de manera que el Cuando se coloca una carga neta en un conductor, la carga se distribuye sobre la superficie de manera que el campo eléctrico en el interior es cero. Para mostrar lo mencionado puede realizarse el siguiente experimento. campo eléctrico en el interior es cero. Para mostrar lo mencionado puede realizarse el siguiente experimento. Introduzca. Una pequeña bola metálica cargada positivamente, la cual cuelga de un hilo de seda dentro de un Introduzca. Una pequeña bola metálica cargada positivamente, la cual cuelga de un hilo de seda dentro de un conductor hueco sin carga a través de un pequeño orificio como se ve en la Fig.1a,. El conductor hueco está aislado conductor hueco sin carga a través de un pequeño orificio como se ve en la Fig.1a,. El conductor hueco está aislado de la tierra. La bola

de la tierra. La bola cargada induce una carga negativa en la pared interna del cargada induce una carga negativa en la pared interna del conductor, dejando una carga igualconductor, dejando una carga igual  pero positiva

 pero positiva en la sen la superficie exterior (Fig. uperficie exterior (Fig. 1b). La presen1b). La presencia de las cia de las cargas positivcargas positivas en la as en la pared exterior spared exterior se indicane indican  por

 por la la deflexión deflexión del del electrómetro. electrómetro. La La deflexión deflexión del del electrómetro electrómetro no no cambia cambia cuando cuando la la bola bola toca toca la la superficiesuperficie interior del conductor hueco (Fig. 1c).

interior del conductor hueco (Fig. 1c). Cuando la bola se extrae Cuando la bola se extrae la lectura del electrómetro no cambia y la la lectura del electrómetro no cambia y la bola sebola se encuentra descargada (Fig.1d). Esto muestra que la carga transferida al conductor hueco se encuentra sobre la encuentra descargada (Fig.1d). Esto muestra que la carga transferida al conductor hueco se encuentra sobre la superficie exterior. Si ahora se introduce una pequeña bola metálica cargada en el centro del conductor hueco superficie exterior. Si ahora se introduce una pequeña bola metálica cargada en el centro del conductor hueco cargado, la bola metálica no será atraída por el

cargado, la bola metálica no será atraída por el conductor hueco. Finalmente si la bola pequeña cargada se colocaconductor hueco. Finalmente si la bola pequeña cargada se coloca fuera de la superficie exterior del cascarón, la bola será repelida por el conductor indicando que el campo fuera fuera de la superficie exterior del cascarón, la bola será repelida por el conductor indicando que el campo fuera del conductor hu

del conductor hueco es diferente de eco es diferente de cero. cero. A este eA este experimento se denomina xperimento se denomina blindaje electrostático.blindaje electrostático.

FF iiggurura a 1. 1. DDeemomostrstración ación expeexperriimemental ntal que que muemuestrstra a que que cualquier cualquier cargcarga a trtransferiansferi da da a a un un condconductouctor r rreside eside en en susu  sup

 supeerfrficie icie een n eeqquilibriuilibrio o eelelectctrostrostáátticoico.. En nuestro experimento

III.

III. MATERIALES Y MATERIALES Y EQUIPOSEQUIPOS 3.1.

3.1. Dos plumeros electrostáticos.Dos plumeros electrostáticos. 3.2.

3.2. Una jaula de FaradayUna jaula de Faraday 3.3.

3.3. Una base con soporte para colocar la jaula de FaradayUna base con soporte para colocar la jaula de Faraday 3.4.

3.4. Una máquina de Wimshurst o un generador Van de GraaffUna máquina de Wimshurst o un generador Van de Graaff 3.5.

3.5. Un electroscopioUn electroscopio 3.6.

3.6. Cables de conexiónCables de conexión

IV. METODOLOGÍA

IV. METODOLOGÍA

a.

a. Instale el equipo como se muestra en Instale el equipo como se muestra en la Fig.2la Fig.2.. b)

b) Con un alambre de conexión de cobre conecte la jaula de Faraday con un electrodo de la máquina deCon un alambre de conexión de cobre conecte la jaula de Faraday con un electrodo de la máquina de Wimshurst.

Wimshurst. c)

c) Haga girar la manivela para producir cHaga girar la manivela para producir carga eléctrica en la arga eléctrica en la jaulajaula g)

g) Observe lo que le sucede a los plumeros exterior e interior a la jaula. Anote sus observaciones.Observe lo que le sucede a los plumeros exterior e interior a la jaula. Anote sus observaciones. h)

h) Remplace la máquina de Wimshurst por el Generador de Remplace la máquina de Wimshurst por el Generador de Van de Graaff y con un alambre conductor Van de Graaff y con un alambre conductor conecteconecte la cabeza del acelerador con la Jaula de Faraday.

la cabeza del acelerador con la Jaula de Faraday. i)

i) Haga funcionar el acelerador y observe lo que sucede con el plumero.Haga funcionar el acelerador y observe lo que sucede con el plumero.  j)

 j) Desconecte el acelerador de la jaula, el plumero exterior retírelo de su lugar.Desconecte el acelerador de la jaula, el plumero exterior retírelo de su lugar.

FF iigugurra. a. 2. 2. II nstalacnstalaciión ón dedel l eqequiuipo po paparra a mmostostrrar ar el el blinblindadajje e eleelectrostátctrostátiicoco k)

k) Acerque la jaula hacia el acelerador a una distancia pequeña como se muestra en la Fig. 3.Acerque la jaula hacia el acelerador a una distancia pequeña como se muestra en la Fig. 3. l)

l) Encienda el acelerador y observe la descarga corona Encienda el acelerador y observe la descarga corona que aparece.que aparece.

FF iiggurura 3. a 3. EE l gl geneenerradador de Van de or de Van de GGrraaaaff ff produce produce dedescargscargas eas espespectactacularculares soes sobre la jaula dbre la jaula de ae alamlambre conebre conectactada da a ta tiierrerra.a. m)

FF iigurgur a 4. a 4. ((a) vea) verrsión sencsión senciilla de lla de la jaula dla jaula de Fe Faradaradayay, (, (b) Rb) R adadio poio porrtátátil en el interitil en el interior de una or de una jaula djaula de Fe Faradaraday.ay. n)

n) Tome una radio pequeña y enciéndalo sintonizando una determinada emisora. Ahora inserte dicha radio enTome una radio pequeña y enciéndalo sintonizando una determinada emisora. Ahora inserte dicha radio en el interior de la malla cilíndrica como se muestra en la figura 4b.

el interior de la malla cilíndrica como se muestra en la figura 4b. ¿Qué observa?¿Qué observa?

V. CUESTIONARIO

V. CUESTIONARIO

5.1. Explique lo que le sucede a los plumeros cuando la jaula de Faraday está conectado con la máquina de 5.1. Explique lo que le sucede a los plumeros cuando la jaula de Faraday está conectado con la máquina de

Wimshurst en funcionamiento. Wimshurst en funcionamiento. Los hilos

Los hilos del plumero del plumero que está que está en la en la parte exterior parte exterior es atraída es atraída por la por la jaula de jaula de Faraday, mientras Faraday, mientras que los que los del del plumeroplumero que se encuentran al interior se mueven ya que no sufre ningún cambio de carga.

que se encuentran al interior se mueven ya que no sufre ningún cambio de carga. 5.2. Explique lo que les sucede a los plumeros cuando la

5.2. Explique lo que les sucede a los plumeros cuando la jaula de Faraday está conectada con el generador Van dejaula de Faraday está conectada con el generador Van de Graaff.

Graaff.

El plumero exterior reacciona con un movimiento radical sobre su eje lo que es generador por el campo El plumero exterior reacciona con un movimiento radical sobre su eje lo que es generador por el campo inducido del generador de Van de Graaff. Al plumero que está en el

inducido del generador de Van de Graaff. Al plumero que está en el interior de la jaula de Faraday, no le pasainterior de la jaula de Faraday, no le pasa nada, ya que no hay contacto eléctrico, lo que es llamado blindaje electrostático.

nada, ya que no hay contacto eléctrico, lo que es llamado blindaje electrostático. 5.3. Según sus observaciones ¿existe campo eléctrico en el interior de

5.3. Según sus observaciones ¿existe campo eléctrico en el interior de la jaula? ¿Existe campo eléctrico en el exteriorla jaula? ¿Existe campo eléctrico en el exterior de la jaula de Fa

de la jaula de Faraday? raday? Justifique sus resJustifique sus respuestas.puestas.

En el interior de la jaula no existe campo pues como se observó ahí reside, no sufrió ningún cambio En el interior de la jaula no existe campo pues como se observó ahí reside, no sufrió ningún cambio electrostático, permanecido estático mientras que se observa que en la parte

electrostático, permanecido estático mientras que se observa que en la parte externa existe una fuerza de atracciónexterna existe una fuerza de atracción lo que indica la existencia de un campo eléctrico.

lo que indica la existencia de un campo eléctrico. 5.4.

5.4. ¿En ¿En dónde dónde reside reside la la carga carga en en la la Jaula Jaula de de Faraday?Faraday?

La carga reside en la superficie superior de la jaula, ya que en la interior la carga es cero. La carga reside en la superficie superior de la jaula, ya que en la interior la carga es cero.

5.5.

5.5. Remplaza el plumeRemplaza el plumero exterior por un electrómetro ¿Qué observaciro exterior por un electrómetro ¿Qué observaciones obtiene)ones obtiene)

Observamos que indica una intensidad de medida que nos demuestra la medida del campo que Observamos que indica una intensidad de medida que nos demuestra la medida del campo que atraviesa la Jaula de Faraday.

atraviesa la Jaula de Faraday.

Se obtiene los mismos resultados ya que la carga es en el exterior pero si lo ponemos al interior no Se obtiene los mismos resultados ya que la carga es en el exterior pero si lo ponemos al interior no sucede nada.

sucede nada. 5.6.

5.6. Explique el comportamiento del péndulo eléctrico en el interior de la jaula mostrado en la figura, cuandoExplique el comportamiento del péndulo eléctrico en el interior de la jaula mostrado en la figura, cuando se acerca al generador de Van de Graaff mostrado en la figura 01. Y lo que ocurre en la figura 02

se acerca al generador de Van de Graaff mostrado en la figura 01. Y lo que ocurre en la figura 02 El péndulo electico tiende a

El péndulo electico tiende a levantarse, es decir sube por acción del campo elélevantarse, es decir sube por acción del campo eléctrico que produce el generadorctrico que produce el generador de Van de Graaff, a pesar que

de Van de Graaff, a pesar que está dentro de la jaula de Faraday. Esto ocurre porestá dentro de la jaula de Faraday. Esto ocurre porque una parte del péndulo estáque una parte del péndulo está  por encima de dicha jaula

5.7.

5.7. Explique porqué la radio portátil en el interior de la Explique porqué la radio portátil en el interior de la jaula de Faraday no funciona correctamentejaula de Faraday no funciona correctamente Esto se debe a que

Esto se debe a que la jaula actúa como un aislante, y es la jaula actúa como un aislante, y es por eso que al tener por eso que al tener la radio dentro de la jaula la radio dentro de la jaula no cruzano cruza ningún tipo de corriente.

ningún tipo de corriente. 5.8.

5.8. ExpliqueExplique el mal funcionamiento de losel mal funcionamiento de los teléfonos móvilesteléfonos móviles e en el interior de ascensores o edificios con estructuran el interior de ascensores o edificios con estructura

de rejilla de acero

de rejilla de acero

Se debe a que los edificios con

Se debe a que los edificios con las rejillas de acero impiden en el las rejillas de acero impiden en el interior la influencia de los campos eléctricosinterior la influencia de los campos eléctricos exteriores. El efecto jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor exteriores. El efecto jaula de Faraday provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, y por tanto se anulen todos los efectos de los campos.

en equilibrio sea nulo, y por tanto se anulen todos los efectos de los campos. 5.9.

5.9. Indique otras aplicaciones eléctricas y electrónicas del efecto jaula Indique otras aplicaciones eléctricas y electrónicas del efecto jaula de Faradayde Faraday Son buenos para los medios

Son buenos para los medios de transporte con los aviones los de transporte con los aviones los cuales son como jaulas cuales son como jaulas enormes de Faraday ya enormes de Faraday ya que,que, al estar más propensos a los rayos, por este recubrimiento no le afectan en nada.

al estar más propensos a los rayos, por este recubrimiento no le afectan en nada.

VI.

VI. CONCLUSIONES CONCLUSIONES Y Y SUGERENCIASSUGERENCIAS

6.1. CONCLUSIONES

6.1. CONCLUSIONES

a.

a. La Jaula de Faraday fue diseñada con La Jaula de Faraday fue diseñada con el propósito de distribuir la carga jel propósito de distribuir la carga junto con el campo uniformeunto con el campo uniforme sobre su superficie, porque se llegó a demostrar en el experimento.

sobre su superficie, porque se llegó a demostrar en el experimento.  b.

 b. El campo generado por la El campo generado por la máquina de Wimshurt y el generado de máquina de Wimshurt y el generado de Van der Graaf es atrapado a Van der Graaf es atrapado a travéstravés de la Jaula de Faraday.

de la Jaula de Faraday.

6.2. SUGERENCIAS 6.2. SUGERENCIAS

1.

1. Manejar con cuidado correspondiente el generador de Van de Graaff.Manejar con cuidado correspondiente el generador de Van de Graaff. 2.

2. Seguir el proceso de la Seguir el proceso de la guía para un buen procedimiento.guía para un buen procedimiento.

VII. BIBLIOGRAFÍA. VII. BIBLIOGRAFÍA.

7.1.

7.3.

7.3. SERWAY, R. Física. Vol. II Edit Reverte. España 1992,SERWAY, R. Física. Vol. II Edit Reverte. España 1992, 7.4.

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