As gaiolas de Faraday vêm em todas as formas e tamanhos, mas todos eles usam uma tela de metal que conduz eletricidade, criando um efeito de proteção. Hemera Technologies / © Getty Images / Thinkstock A eletricidade é a força vital de muitos aspectos do nosso mundo. Sem volts e amperes, muitas de nossas inovações tecnológicas deixariam de existir. Mesmo nossos corpos não funcionariam sem uma carga elétrica percorrendo nossas células. Mas o que a eletricidade dá, eletricidade pode tirar.
Embora esta forma de energia seja vital para muitas de nossas vidas, é uma daquelas coisas que só são boas nas quantidades certas. Muita eletricidade pode eletrocutar pessoas. Da mesma forma, pode matar nossos modernos aparelhos eletrônicos e máquinas.
Mas, graças a Michael Faraday, o brilhante cientista do século 19, e uma de suas invenções homônimas, a gaiola de Faraday, nós, humanos, desenvolvemos muitas maneiras de controlar a eletricidade e torná-la mais segura para nossos computadores, carros e outras invenções - e para nós, também.
As gaiolas de Faraday protegem seu conteúdo de campos elétricos estáticos. Um campo elétrico é um campo de força em torno de um partícula carregada , como um elétron ou próton.
Essas gaiolas costumam ter uma aparência distinta, Nós vamos, como uma gaiola. Alguns são tão simples como cercas de arame ou baldes de gelo. Outros usam uma malha metálica fina. Independentemente de sua aparência exata, todas as gaiolas de Faraday recebem cargas eletrostáticas, ou mesmo certos tipos de radiação eletromagnética, e distribuí-los pelo exterior da gaiola.
Radiação eletromagnética está ao nosso redor. Está em luz visível e ultravioleta, nas microondas que cozinham nossa comida e até nas ondas de rádio FM e AM que bombeiam música em nossos rádios. Mas às vezes, esta radiação é indesejável e totalmente perturbadora. É aí que entram as gaiolas de Faraday.
Como uma gaiola de Faraday distribui essa carga ou radiação ao redor do exterior da gaiola, ele cancela cargas elétricas ou radiação no interior da gaiola. Resumidamente, uma gaiola de Faraday é um condutor oco, em que a carga permanece na superfície externa da gaiola.
Essa função básica tem muitos usos fascinantes em nosso mundo eletricamente desordenado e repleto de tecnologia. E embora Faraday eventualmente tivesse seu dia, o pano de fundo de sua invenção, na verdade, tem suas raízes em épocas anteriores. Então, de onde surgiu a ideia dessas gaiolas ultra-úteis? Descubra na próxima página.
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Os primeiros cientistas sabiam que os raios continham os segredos de todos os tipos de poderes incríveis. Ben Franklin conduziu muitos experimentos tentando desvendar os mistérios da eletricidade. iStockphoto / Thinkstock Foi Ben Franklin quem ajudou a inspirar muitas das ideias por trás das gaiolas de Faraday. Franklin, claro, passou parte de sua ilustre carreira empinando pipas em meio a tempestades na tentativa de atrair raios e, portanto, já estava um pouco familiarizado com os caprichos e conceitos da eletricidade.
Em 1755, Franklin começou a brincar com a eletricidade de novas maneiras. Ele eletrificou uma lata de prata e baixou uma bola de cortiça sem carga presa a um fio de seda não condutor. Ele abaixou a bola até tocar o fundo da lata e observou que a bola não foi atraída para as laterais internas da lata. No entanto, quando Franklin retirou a bola de cortiça e a balançou perto do exterior da lata eletrificada, a bola foi imediatamente puxada para a superfície da lata.
Franklin ficou perplexo com a interação da eletricidade e dos objetos carregados e não carregados. Foi o que admitiu em carta a um colega:"Você exige o motivo; não o conheço. Talvez você o descubra, e então você fará a gentileza de me comunicar isso. "
Décadas depois, um físico e químico inglês chamado Michael Faraday fez outras observações pertinentes - a saber, ele percebeu que um elétrico condutor (como uma gaiola de metal), quando carregado, exibiu essa carga apenas em sua superfície. Não teve efeito no interior do condutor.
Faraday reafirmou essa observação revestindo uma sala com folha de metal e, em seguida, carregando a folha com o uso de um gerador eletrostático. Ele colocou um eletroscópio (um dispositivo que detecta cargas elétricas) dentro da sala, e, como ele antecipou, o escopo indicava que não havia cobrança dentro da sala. A carga apenas se moveu ao longo da superfície da folha e não penetrou na sala.
Faraday examinou posteriormente esse fenômeno com seu famoso experimento com balde de gelo. Neste teste, ele basicamente duplicou a ideia de Franklin baixando uma bola de latão carregada em um copo de metal. Como esperado, seus resultados foram iguais aos de Franklin.
Este conceito tem todos os tipos de aplicações incríveis, mas aqui está um que é relevante para qualquer pessoa que já esteve em um avião. Imagine voar em um avião que é repentinamente atingido por um raio. Esta não é uma ocorrência rara - na verdade, acontece regularmente, no entanto, o avião e seus passageiros não foram afetados. Isso porque o casco de alumínio do avião cria uma gaiola de Faraday. A carga do raio pode passar sem causar danos sobre a superfície do avião sem danificar o equipamento ou as pessoas dentro dele.
Não é chocante, realmente. É apenas ciência. Na próxima página, você verá como esse tipo inteligente de design de gaiola realmente funciona.
Para entender como as gaiolas de Faraday funcionam, você precisa de uma compreensão básica de como a eletricidade opera nos condutores. O processo é simples:objetos de metal, como uma malha de alumínio, são condutores, e tem elétrons (partículas com carga negativa) que se movem nelas. Quando nenhuma carga elétrica está presente, o condutor tem aproximadamente o mesmo número de partículas positivas e negativas misturadas.
Se um objeto externo com uma carga elétrica se aproximar do condutor, as partículas positivas e negativas se separam. Elétrons com carga oposta à da carga externa são atraídos para esse objeto externo. Elétrons com a mesma carga do objeto externo são repelidos e se afastam desse objeto. Esta redistribuição de encargos é chamada indução eletrostática .
Com o objeto externo carregado presente, as partículas positivas e negativas acabam em lados opostos do condutor. O resultado é um campo elétrico oposto que cancela o campo de carga do objeto externo dentro do condutor de metal. A carga elétrica líquida dentro da malha de alumínio, então, é zero.
E aqui está o verdadeiro chute. Embora não haja carga dentro do condutor, o campo elétrico oposto tem um efeito importante - ele protege o interior de cargas elétricas estáticas externas e também da radiação eletromagnética, como ondas de rádio e microondas. É aí que reside o verdadeiro valor das gaiolas de Faraday.
A eficácia dessa blindagem varia de acordo com a construção da gaiola. Variações na condutividade de diferentes metais, como cobre ou alumínio, afetam a função da gaiola. O tamanho dos orifícios na tela ou malha também altera as capacidades da gaiola e pode ser ajustado dependendo da frequência e comprimento de onda da radiação eletromagnética que você deseja excluir do interior da gaiola.
As gaiolas de Faraday às vezes têm outros nomes. Eles podem ser chamados Escudos faraday , RF ( frequência de rádio ) gaiolas , ou EMF ( força eletromotriz ) gaiolas .
Não importa como você os chame, As gaiolas de Faraday são mais usadas em laboratórios científicos, tanto em experimentos quanto no desenvolvimento de produtos. Na próxima página, você descobrirá exatamente como os engenheiros colocam esses escudos engenhosos em teste.
Não é o que Michael tinha em menteQuando Faraday construiu sua primeira gaiola, ele provavelmente não tinha roubo no cérebro. Mas os policiais costumam pegar ladrões que revestem sacos com papel alumínio, que interfere nas etiquetas RFID antifurto afixadas em produtos caros em lojas de varejo.
Ele era de uma família pobre e teve pouca educação quando criança, mas Michael Faraday se tornou um dos cientistas mais famosos e renomados do mundo. Hemera / Thinkstock As pessoas usam gaiolas de Faraday para uma ampla variedade de propósitos - às vezes em ambientes de laboratório esotérico, outras vezes, em produtos comuns. Seu carro, por exemplo, é basicamente uma gaiola de Faraday. É o efeito da gaiola, não os pneus de borracha, que protege você no caso de um raio próximo.
Muitos edifícios funcionam como jaulas de Faraday, também, mesmo que apenas por acidente. Com suas paredes de gesso ou concreto cobertas com vergalhões de metal ou tela de arame, frequentemente causam estragos em redes de Internet sem fio e sinais de telefones celulares.
Mas o efeito de proteção na maioria das vezes beneficia a humanidade. Os fornos de micro-ondas revertem o efeito, capturar ondas dentro de uma gaiola e cozinhar rapidamente sua comida. Cabos de TV com tela ajudam a manter a nitidez, imagem clara, reduzindo a interferência.
Os eletricistas das concessionárias de energia geralmente usam trajes feitos especialmente para explorar o conceito de gaiola de Faraday. Dentro desses naipes, os eletricistas podem trabalhar em linhas de alta tensão com um risco muito reduzido de eletrocussão.
Os governos podem proteger equipamentos vitais de telecomunicações de quedas de raios e outras interferências eletromagnéticas construindo gaiolas de Faraday ao redor deles. Os laboratórios de ciências em universidades e empresas empregam gaiolas de Faraday avançadas para excluir completamente todas as cargas elétricas externas e radiação eletromagnética para criar um ambiente de teste totalmente neutro para todos os tipos de experimentos e desenvolvimento de produtos.
Intrigado? Continue lendo, e você verá outras maneiras selvagens como esse simples efeito de gaiola é usado para fins sofisticados.
Faça sua própria gaiolaVocê não precisa gastar milhões ou ter um diploma de física para fazer sua própria gaiola de Faraday. Na internet, você pode encontrar instruções para construir uma gaiola simples com produtos domésticos comuns.
Os fornos de microondas são um produto comum que usa uma gaiola de Faraday. Em vez de manter as microondas fora, eles os forçam a entrar em uma pequena câmara de cozimento que “detona” sua comida. Jupiterimages / © Getty Images / Thinkstock Passe por um hospital e você encontrará gaiolas de Faraday na forma de Ressonância magnética ( varredura de ressonância magnética ) quartos. As varreduras de ressonância magnética contam com campos magnéticos poderosos para criar varreduras do corpo humano úteis do ponto de vista médico. As salas de ressonância magnética devem ser protegidas para evitar que campos eletromagnéticos dispersos afetem as imagens diagnósticas do paciente.
Existem muitos usos políticos e militares para as gaiolas de Faraday, também. Os políticos podem optar por discutir assuntos delicados apenas em salas blindadas que podem bloquear tecnologias de escuta. Todas as forças armadas modernas dependem de eletrônicos para comunicações e sistemas de armas, mas há um problema - esses sistemas são vulneráveis a agressões EMPs ( pulsos eletromagnéticos ), que pode ser o resultado de uma tempestade solar ou até mesmo de ataques PEM feitos pelo homem. Para proteger sistemas críticos, os militares às vezes usam bunkers e veículos protegidos.
É por essa mesma razão que as gaiolas de Faraday são um assunto carinhoso na subcultura sobrevivencialista. Essas pessoas, que pregam a autossuficiência e a desconfiança na resposta governamental em face de desastres naturais ou causados pelo homem, acreditam em proteger todos os eletrônicos importantes usando gaiolas de Faraday caseiras. No caso de ocorrer um cataclismo apocalíptico, eles ainda terão seus rádios de ondas curtas e outras ferramentas de alta tecnologia que podem ser salva-vidas.
Mesmo que você não esteja particularmente preocupado com os cenários do fim do mundo, As gaiolas de Faraday provavelmente desempenham um papel em sua vida todos os dias. Essas gaiolas utilizam um princípio básico da física e ajudam as pessoas em todo o planeta a colocar esses princípios em prática - para segurança, luxo, conveniência e para ajudar ainda mais avanços tecnológicos cada vez mais emocionantes.
Originalmente publicado:28 de junho de 2011
Fontes
