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Una jaula de Faraday es un contenedor hecho de material conductor, como malla de alambre o placas de metal, que protege lo que encierra de campos eléctricos externos. En nuestros experimentos, una jaula de Faraday se puede utilizar para evitar que la interferencia electromagnética externa (EMI, o ruido) interfiera con nuestros registros neuronales. Como saben, las señales neuronales que estamos grabando son muy pequeñas (del orden de los microvoltios), y usamos nuestros Spikerboxes para amplificar estas pequeñas señales a una amplitud lo suficientemente grande como para que podamos escucharlas y grabarlas., Sin embargo, dependiendo de nuestro entorno, puede haber emisiones electromagnéticas, de radio, de microondas u otros tipos de emisiones invisibles que pueden viajar a través del aire e interactuar con las agujas de metal y el alambre que usamos como electrodos. El metal luego propaga la señal de ruido como una antena en nuestras grabaciones neuronales, interfiriendo o incluso ahogando nuestras grabaciones de modo que todo lo que escuchamos, en el peor de los casos, es una estación de radio! Una jaula de Faraday se puede utilizar para bloquear muchas de estas fuentes de ruido.,

la jaula de Faraday lleva el nombre del científico de 1800 Michael Faraday, pero para aprender cómo funciona la jaula comenzamos con otro famoso científico, Charles-Augustin de Coulomb. Coulomb hizo mucho trabajo en la dinámica de las partículas cargadas y los campos eléctricos que generan. Coulomb determinó que el campo eléctrico, «e», en un radio» r «lejos de una carga estacionaria,» Q», Podría ser calculado por esta ecuación:

donde ε0 es la permitividad del espacio libre y er es el vector unitario radial., Si no entiendes las matemáticas (lo harás algún día), significa que la intensidad del campo eléctrico disminuye cuanto más lejos estés de una fuente eléctrica. Si usted está conduciendo en una carretera y nota que una estación de radio se desvanece, por ejemplo, es porque se está alejando más de la Gran Torre del transmisor de radio.

lo que nos lleva a casa es que esta ley nos da la base para una relación matemática que relaciona la carga y los campos eléctricos dentro de un volumen fijo de espacio., Una jaula de Faraday encierra un volumen fijo de espacio, y, si la jaula está hecha de material conductor, la característica definitoria de la jaula es que evita que las cargas externas induzcan campos eléctricos dentro de ese volumen. Aquí están dos de las reglas principales que gobiernan este efecto de barrera:

  1. La Ley de Coulomb exige que las cargas en un conductor en equilibrio estén lo más separadas posible, y por lo tanto la carga eléctrica neta de un conductor reside enteramente en su superficie.,
  2. cualquier campo eléctrico neto dentro del conductor causaría que la carga se moviera ya que es abundante y móvil, pero el equilibrio exige que la fuerza neta dentro del conductor sea igual a cero. Por lo tanto, el campo eléctrico dentro del conductor es cero.

La Regla 2 nos dice que el campo eléctrico dentro del conductor en equilibrio es cero, y la Regla 1 nos dice que la carga del conductor se encuentra completamente en la superficie (límite)., En otras palabras, la superficie del volumen conductor se convierte en una barrera donde las cargas se mueven hacia y alrededor de la superficie para generar campos exactamente opuestos a cualquier carga que busque cruzar la frontera, manteniendo así un interior libre de interferencias eléctricas externas.

Faraday demostró esto por primera vez en un famoso experimento de cubo de hielo y esfera de metal. Faraday bajó una bola de metal cargada con electricidad estática en un cubo de metal apoyado por una silla de madera que aisló el cubo del suelo., Cuando la bola cargada se bajó en el cubo sin tocar el cubo, las cargas en la superficie del cubo se redistribuyeron a través de inducción electrostática. Este concepto se conoció como el principio de la jaula de Faraday que estás estudiando hoy.

a continuación examinaremos los efectos de la jaula de Faraday en varias condiciones al hacer grabaciones neuronales con el SpikerBox, junto con un experimento fácil que puede hacer en casa. Aquí hay un video que explica una manera muy simple de construir y usar una jaula de Faraday.,

Video

procedimiento

construcción de la jaula de Faraday

tenga en cuenta que también vendemos jaulas de Faraday prefabricadas si no desea visitar la ferretería.

  1. mida un rectángulo de 8 x 16 pulgadas de malla metálica de pantalla
  2. corte el rectángulo con tijeras de trabajo pesado
  3. mida y corte cinco longitudes de 8 pulgadas de tiras de madera
  4. desenrolle cuidadosamente el rectángulo de malla metálica para que quede plano
  5. comience a grapar malla metálica a través de tiras de madera
  6. grapa la primera tira al final de la malla.
  7. grapa segunda tira 5.,5 pulgadas de distancia de la primera tira, de nuevo a lo largo en malla
  8. grapa tercera tira 2.5 pulgadas de distancia de la segunda tira
  9. grapa cuarta tira 5.,5 pulgadas de distancia de la tercera tira
  10. grapa la quinta tira en el extremo lejano de la malla
  11. Las tiras de madera son tirantes, por lo que después de graparlas en su lugar, dobla la malla en cada tira para formar una caja rectangular

usando la jaula de Faraday para Picos
  1. configure una preparación de grabación de pierna de cucaracha estándar como se describe en el Experimento 1
  2. cree un entorno ruidoso conectando una computadora portátil a la toma de u otro aparato de alta potencia. Coloque su SpikerBox por estos electrónicos, y también encienda todas las luces fluorescentes en la habitación., Registre sus observaciones sobre el nivel de ruido vs. nivel de señal neural.
  3. enganche un clip de cocodrilo al suelo (fuera del conector RCA) en la Spikerbox.
  4. coloque su Spikerbox en su jaula de Faraday, con la jaula abierta. Registre sus observaciones sobre el nivel de ruido vs. nivel de señal neural.
  5. cierra tu jaula de Faraday pero no conectes el clip de cocodrilo a nada. Registre sus observaciones sobre el nivel de ruido vs. nivel de señal neural
  6. conecte su cable alligator a la malla de la pantalla de la jaula. Anota tus observaciones en el nivel de ruido vs, nivel de señal neural
el uso de la jaula de Faraday en teléfonos celulares

Los hornos de microondas son ejemplos de jaulas de Faraday, porque están destinados a evitar que la radiación utilizada para cocinar los alimentos se escape al medio ambiente. El papel de aluminio es un material conductor, que también se puede usar para crear una jaula de Faraday rápida e improvisada (solo pregúntele al neurocientífico de su vecindario).

  1. llame a su teléfono celular y asegúrese de que suene (este es su control).
  2. A continuación, tome su teléfono celular y ponerlo en una (apagado!) Microondas.
  3. Llame al teléfono celular desde otro teléfono., ¿Suena?
  4. a continuación, abra la puerta del microondas y marque el número de teléfono de su casa en el teléfono celular. Tan pronto como presione ‘enviar’, cierre la puerta del microondas rápidamente. ¿Suena el teléfono de tu casa?
  5. Finalmente, envuelva el teléfono celular en papel de aluminio. ¿Llamar al celular otra vez? ¿Suena?

preguntas de discusión

  1. ¿Qué crees que haría una jaula de Faraday a una señal electromagnética que viene de dentro de la jaula? ¿Alguien fuera de la jaula de Faraday podría recibir esa señal?
  2. ¿dónde sería el lugar perfecto para hacer una grabación?,
  3. ¿Qué crees que pasaría si utilizaras alambre de pollo de agujero grande en lugar de malla metálica de pantalla de agujero pequeño para tu jaula de Faraday?
  4. ¿Por qué crees que el ruido del teléfono celular aún interfiere con el SpikerBox a pesar de que los agujeros en nuestra jaula de Faraday son más pequeños que los 1.4 cm que calculamos?

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