16 de marzo de 2012

"Michael Faraday"


1. Biografía
Michael Faraday nació el 22 de septiembre de 1791 en Newington (Reino Unido) y murió el 25 de agosto de 1867 en Londres (Reino Unido).
Fue físico y químico, estudió electromagnetismo y electro-química.
Es mundialmente conocido por su descubrimiento de la inducción electromagnética, que ha dado lugar a generadores y motores eléctricos, y las leyes de la electrólisis.
Es considerado como el verdadero fundador del electromagnetismo y de la electro-química.
Tras el descubrimiento de Oersted de la corriente eléctrica, en 1831 Faraday trazó el campo magnético alrededor de un conductor por el que circula esta corriente, así demostrando la inducción magnética y las líneas de fuerza para representar los campos.
En esta época también investigó sobre la electrólisis y descubrió las leyes fundamentales que llevan su nombre.
Con sus trabajos desarrolló elementos fundamentales de la electricidad estableciendo que el magnetismo produce electricidad con el movimiento de partículas.
La unidad de capacidad eléctrica faradio (F) hace honor a su nombre, el cual se define como la capacidad de un conductor tal que cargado con una carga puntual, adquiere un potencial electroestática de un voltio.
Sus aportaciones resultaron definitivas para el desarrollo de la física, como la teoría del campo magnético introducida por James Clerk Maxwell, se fundamentaron en la labor de Faraday.
2. Electrólisis
Este método de separación de elementos que forman un compuesto aplicando electricidad fue descubierto por Faraday en 1820.
Primero se produce la descomposición en iones, seguido de diversos efectos o reacciones secundarios según los casos concretos.
El nombre es la composición de la palabra electricidad junto a lisis, que significa rotura.
Consiste en los siguiente:
 1. Se disuelve una sustancia en un determinado disolvente, para que los iones que forman esa sustancia estén presentes en la disolución.
2. Se aplica corriente eléctrica a un par de electrodos conductores colocados en la disolución. El electrodo cargado negativamente lleva el nombre de cátodo y el positivo es ánodo.
3. Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Los iones positivos son atraídos al cátodo, mientras que los negativos avanzan hacia el ánodo.
4. La energía que separa a los iones e incrementa su concentración en los electrodos, nace de una fuente de potencia eléctrica que mantiene la diferencia de potencial en los electrodos.
5. En los electrodos, los electrones son absorbidos o emitidos por los iones, formando concentraciones de los elementos o compuestos deseados.




3. Ley de Faraday
También llamada ley de inducción electromagnética, establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera del circuito.


4. La jaula de Faraday
Faraday creó en 1836 esta caja metálica que protege de los campos eléctricos estáticos. El campo eléctrico en su interior es nulo al anularse los campos externos, por lo que se emplea para proteger de descargas eléctricas.
Cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, este se polariza y queda cargado de forma positiva en la misma dirección que el campo electromagnético, y cargado negativamente en el sentido opuesto. Al quedarse el conductor polarizado se genera un campo eléctrico igual en magnitud pero contrario al campo magnético; dando lugar a que la suma entre ambos campos sea nula.
En el interior de esta caja metálica no hay campo por lo que ninguna carga puede atravesarla. Su uso es para proteger dispositivos de cargas eléctricas. A este fenómeno se le denomina apantallamiento eléctrico.


Apantallamiento eléctrico
4.1. ¿Cómo funciona?
Esta jaula se basa en las propiedades de un conductor en equilibrio estático. Cuando ésta se coloca en presencia de un campo eléctrico exterior, las cargas positivas se quedan en las posiciones de la red; mientras que los electrones al estar libres dentro de los metales se mueven de forma inversa al campo eléctrico, y a pesar de que la carga total es nula, uno de los lados de la caja se queda con exceso de electrones y el otro lado sin ellos, es decir un lado cargado de forma positiva y el otro de forma negativa.


4.2.Aplicación teórica
- Tenemos un conductor sin equilibrio electrostático. La carga en el interior del mismo es nula, y tiene un radio R.
Aplicamos la Ecuación de Laplace:
El potencial en la superficie es constante ya que en la superficie no hay corrientes y por lo tanto el conductor está en equilibrio.
El campo eléctrico puede venir dado como menos el gradiente del potencial, por lo tanto:

Por lo tanto queda demostrado de forma teórica que el campo en el interior de la caja metálica es nulo.

4.3. Aplicaciones
Varios de los dispositivos que utilizamos en el día a día están compuestos por una jaula de faraday como los microonda, los escaners, ... Otros actúan como una, es el caso de los ascensores, los aviones y los coches, por lo que recomiendan si hace tormenta, permanecer siempre dentro de un vehículo por que su carrocería actúa como una jaula de Faraday.

5. Bibliografía



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